[发明专利]阿达玛变换干涉光谱成像方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种干涉光谱成像方法及设备，具体涉及一种阿达玛变换干涉光谱成像方法及按该方法设计的阿达玛变换干涉光谱成像仪。

背景技术

阿达玛变换(Hadamard Transform)光谱技术是近四十年来发展起来的一种类似于傅里叶变换(Fourier Transform)的新型光谱调制技术。阿达玛变换是基于平面波函数的一种变换，具有高能量输入、多通道成像以及高信噪比的优点【M.O.Harwit，N.J.A.Slone.Hadamard Transform Optics.Academic：New York，1980】，特别适用于微弱光谱信号检测，阿达玛变换光谱成像技术是国际上前沿研究课题之一。

目前所有的阿达玛变换光谱成像技术都是以阿达玛编码模板代替常规色散型(采用棱镜分光或光栅分光)光谱仪的入射狭缝或出射狭缝，或者同时代替二者，对各光谱成分进行四则运算解码获得被探测目标的两维空间信息和一维光谱信息。

阿达玛变换光谱成像技术将阿达玛模板作为一个宽狭缝对待，视参与编码的各空间码元为一个整体，但由于阿达玛模板具有一定的尺寸，且码元越多尺寸越宽，会产生空间信息和光谱信息的错位与混叠；另外，由于阿达玛变换光谱成像仪采用的是色散分光方法，阿达玛模板的宽度还同时制约着光谱分辨率和空间分辨率，阿达玛模板越窄，光谱分辨率和空间分辨率越高，但阿达玛模板越窄进入到光谱仪中的光能量就越少，光能量越少实现高光谱分辨率和高空间分辨率就越困难。

为了克服上述不利因素，对于尺寸较大的阿达玛模板，通常采取在模板与分光装置之间放置柱面透镜组的做法，对模板与目标像进行压缩【Q.S.Hanley，P.J.Verveer，T.M.Jovin.Spectral imaging in a programmable array microscope by Hadamardtransform fluorescence spectroscopy.Appl.Spectrosc.，1999，53(1)：1～10】，增加了仪器的复杂度。柱面透镜组的作用仅是将尺寸较宽的阿达玛模板压缩成尺寸较窄的阿达玛模板，由于色散型光谱仪的光谱分辨率和阿达玛模板的宽度是互相制约的，尺寸较窄的阿达玛模板有利于提高仪器的光谱分辨率，但被压缩后的阿达玛模板总有一定宽度，故阿达玛变换光谱成像技术中空间信息和光谱信息的错位与混叠问题始终无法避免，这种错位与混叠只能通过上述方法减轻但无法彻底消除。

发明内容

本发明的目的在于提出一种阿达玛变换干涉光谱成像方法及设备，其解决了背景技术中空间分辨率和光谱分辨率同时受阿达玛模板尺寸限制，以及系统结构复杂的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种阿达玛变换干涉光谱成像方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

(1)前置光学成像系统1将目标成像于具有n个码元的阿达玛模板3表面上；

(2)紧贴着阿达玛模板3设置一光阑2限制参与阿达玛变换编码的视场范围和过滤杂散光；

(3)经阿达玛模板3编码后的目标像进入横向剪切干涉仪4，阿达玛模板3在垂直于光轴的方向上被横向剪切干涉仪4剪切成两个虚阿达玛模板，与阿达玛模板3平行并且宽度方向一致；

(4)两个虚阿达玛模板经傅氏镜5和柱面镜6，在探测器7上产生干涉，干涉条纹方向与剪切方向垂直，干涉光程差与剪切量和探测器的有效尺寸成正比，与傅氏镜5的焦距成反比，阿达玛模板3位于傅氏镜5的前焦面，探测器7位于傅氏镜5和柱面镜6的后焦面；

(5)将探测器7输出的干涉图信号进行数字化后送入计算机处理系统8中；

(6)阿达玛模板3变换一次编码，探测器7采集一次干涉图信号，阿达玛模板3变换n次后，完成编码；

(7)n次采集得到的干涉图信号分别进行傅里叶变换，得到n幅目标经阿达玛模板编码后的光谱图像，这些图像经快速阿达玛变换解码后最终得到目标的两维空间信息和一维光谱信息，完成成像。

一种实现阿达玛变换干涉光谱成像方法的设备，包括沿光路设置的阿达玛模板3，把目标成像于有n个码元的阿达玛模板3表面上的前置光学成像系统1，在阿达玛模板3垂直于光轴的方向上将其剪切成两个虚阿达玛模板的横向剪切干涉仪4，探测器7以及与探测器7连接的计算机系统8，其特殊之处在于：还包括紧贴于阿达玛模板3设置的光阑2；设置于横向剪切干涉仪4与探测器7之间的傅氏透镜5和柱面镜6，所述阿达玛模板3位于傅氏透镜5的前焦面，所述探测器7位于傅氏透镜5和柱面镜6的后焦面。

上述阿达玛模板3的形式为移动式机械模板、液晶空间光调制器或数字微平面镜阵列。