[实用新型]一种哈达码变换成像光谱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及哈达码(Hadamard)变换成像光谱仪，尤其涉及一种可供面阵成像或线阵成像的哈达码变换成像光谱仪。

背景技术

光谱成像技术融光谱技术与成像技术为一体，始于20世纪80年代，既能实现目标成像同时又可以测量目标光谱特征，实现对目标特性的综合探测与识别，在资源探测、环境监测和空间目标识别等领域具有其他遥感技术无法替代的优势。

哈达码变换光谱仪的理论基础来自于法国数学家Jacques Hadamard，他提出的一种权重设计方法，使得在对一组目标进行测量后测量误差得到了最佳控制和降低。20世纪40年代，Golay系统阐述了把正交二进制序列应用到光谱多通道检测的基本概念，并对哈达码变换这种思想进行了实验验证。在二十年后这种技术得到公认并受到重视，产生了以机械运动编码模板为主的哈达码变换光谱仪，其缺点是重复定位精度较低。随着近年来空间光调制器件的发展，哈达码变换光谱仪的设计和研制再次成为热点。首先出现的改进是采用液晶空间光调制器(液晶光阀)作为机械运动式模板的替代，它提高了模板再现的精度，一定程度降低了误码率。但限于液晶在透射光路中无法实现光路的绝对通断这一自身缺陷，使用该器件产生的模板会出现无法克服的编码误差，光谱仪器的性能受到限制。

数字微镜器件(Digital Micro-Mirror Device，)是用数字电压信号控制微镜片执行机械运动来实现光学功能的装置。它的前身是变形反射镜器件(Deformable Mirror Device)。它是由美国德州仪器公司()的一名科学家I.J.Hornbeck在1987年实用新型的，最初设计的目的主要用于数字投影和硬复制。数字微镜器件的工作原理满足哈达码变换光谱仪器的多通道选通要求，其高填充率、极高的转换速率和稳定的角度控制使之成为液晶类空间光调制器的极佳替代产品。

目前，利用哈达码变换技术的光谱成像仪器有如下三种实现方式：

第一种：哈达码模板以可变狭缝的形式被设置在普通色散光谱仪的一次像面上，起到视场调制的作用，在探测器上得到的是不同视场展开的混叠频谱信息，需要在变换完成后利用算法消除混叠，进一步进行频谱复原以获得目标的图像信息。该种方式的缺点是后期处理工作量大，无法实现对某一特征谱段的增强功能。

第二种：哈达码模板被放置在色散后的频谱展开面上，在一次像面上设置狭缝，这类光谱仪能实现谱的定位和特征谱的增强，其缺点是由于模板采用液晶光阀，如前述的液晶自身缺陷会导致编码精度较低；色散元件为棱镜，其色散能力低、体积大。

第三种：哈达码模板被放置在色散后的频谱展开面上，在一次像面上不设置狭缝，该系统分光合光器件采用双奥夫纳(offner)结构，其加工装调要求高，导致工程实现性低。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种采用数字微镜器件作为光路选通元件的哈达码变换成像光谱仪，以克服现有技术中后期处理工作量大，无法实现对某一特征谱段的增强功能，编码精度较低，体积大以及加工装调要求高的缺陷。

本实用新型的技术解决方案是：

一种哈达码变换成像光谱仪，其特殊之处是：包括前置成像系统、第一准直透镜、分光器件、第一会聚透镜、数字微镜器件、第二准直透镜、合光器件、第二会聚透镜、像面探测器；

所述前置成像系统包括前置成像镜；所述前置成像镜用于将物体成像于一次像面位置；

所述第一准直透镜、分光器件、第一会聚透镜和数字微镜器件构成分光调制系统，其中第一准直透镜和分光器件依次设置于前置成像系统的出射光路；第一会聚透镜和数字微镜器件依次设置于分光器件的出射光路；

所述第二准直透镜、合光器件、第二会聚透镜和像面探测器构成合光成像系统，其中第二准直透镜和合光器件依次设置于分光调制系统的出射光路；第二会聚透镜和像面探测器依次设置于合光器件的出射光路；

所述第一准直透镜和第一会聚透镜构成相同，第二准直透镜和第二会聚透镜构成相同；

所述第一准直透镜用于将成像于一次像面位置的光准直成平行光；所述分光器件用于将第一准直透镜准直的平行光进行色散；所述第一会聚透镜用于将色散后的平行光进行聚焦；所述数字微镜器件用于实现光路通断/编码；所述第二准直透镜用于将编码后的光束准直；所述合光器件用于将第二准直透镜准直后的光束合成；所述第二会聚透镜用于将合成后的平行光在像面探测器上进行合光成像。

上述前置成像系统还包括设置在前置成像镜和第一准直透镜之间的狭缝。