[发明专利]一种单滤波器实现二次声光滤波的高光谱分辨率成像装置

说明书

技术领域

    本发明涉及一种光谱成像领域，具体说是一种单滤波器实现二次声光滤波的高光谱分辨率成像装置。

背景技术

利用光学滤波方法，可以获取来自目标物体的特定光谱以及图像信息，这被称为光谱成像技术。该技术在军事、农业、刑事侦查、生命科学以及地质勘探等领域中都有广泛的应用。利用带通滤波片可以实现固定带通的光学滤波，从而进行带通滤波光谱成像。但是带通滤波器的中心波长通常不能进行调节，要改变成像的波段必需更换滤波片。另外，由于其物理机制，光透过率低，对弱光信号成像不利。利用光栅或者棱镜进行滤波可以克服带通滤波片中心波长不可调的缺点，但是其体积庞大，在实际的工作中调节困难，稳定性差。为此，论文《一般相位匹配条件下声光可调谐滤波器系统的理论分析》和发明专利（声光可调滤波器）所提出的基于二氧化碲晶体的声光可调滤波器的光谱成像技术，一定程度上解决了上述光谱成像技术中存在的问题。然而，这些声光滤波器设计中滤波的带通较宽，无法满足窄带光谱成像的实际要求。

因此，设计出一种体积小，性能稳定，且具有高光谱分辨率的窄带声光滤波器是进行窄带超光谱成像技术的关键问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，在成像装置中利用单滤波器进行二次滤波的方法，可以实现窄带滤波。另外，由于在声光晶体的设计中考虑了旋光性的影响，滤波器的性能更优越，成像系统的综合性能更好。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：装置由望远镜系统、偏振分束器、声光滤波系统、光学反馈系统、CCD成像系统以及计算机控制与分析系统组成，其中望远镜系统设置于装置的最前端，此后依次为偏振分束器、声光滤波系统和CCD成像系统。光学反馈系统分别与偏振分束器、声光滤波系统相连，计算机分析与控制系统分别与声光滤波系统、CCD成像系统相连。装置固定放置，成像过程控制以及图像的分析和处理由计算机控制与分析系统完成。

装置外的目标物体反射的光束依次通过望远镜系统、偏振分束器、声光滤波系统、光学反馈系统、偏振分束器、声光滤波系统到达CCD成像系统，在计算机控制与分析系统的控制下进行成像，形成完整的光路连接。

所述的望远镜系统为可实现光束准直的望远镜系统，由凸透镜组和凹透镜组组成。来自目标物体反射的光束经望远镜系统汇聚并准直后形成平行光束，进入偏振分束器进行偏振分光。

所述的偏振分束器为由两个底面为直角三角形的三角棱柱胶合在一起的立方体棱镜，胶合面为直角三角形的斜边、三角棱柱的侧面，胶合面上镀有介质膜。偏振分束器接收来自望远镜系统汇聚并准直后形成平行光束，对其进行偏振分光，分成p偏振光束以及s偏振光束两束，s偏振光束偏折90度，p偏振光沿入射方向透射，进入声光滤波系统进行第一次滤波。

所述的声光滤波系统由声光滤波器、射频源以及挡光板组成，声光滤波器和射频源之间通过射频线连接，挡光板位于声光滤波器的后端，为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘，接收经滤波器输出的非滤波光束，防止其影响成像质量。改变射频源输出的射频信号频率可以调节声光滤波器输出的滤波光束的中心波长。

所述的光学反馈系统由宽带直角反射镜1、宽带直角反射镜2以及宽带直角反射镜3三个宽带直角反射镜组成，宽带直角反射镜1与宽带直角反射镜2，宽带直角反射镜2与宽带直角反射镜3之间互成90度排列。经滤波器输出的一次滤波光束（偏振态为s偏振）光路依次经过宽带直角反射镜1、宽带直角反射镜2以及宽带直角反射镜3反射至偏振分束器，经偏振分束器偏折90度，再次进入声光滤波器进行二次滤波。

所述的CCD成像系统由焦距可调的成像镜头以及ICCD组成。来自声光滤波系统的二次滤波光束经焦距可调的成像镜头汇聚并成像于ICCD的感光面上。

所述的计算机控制与分析系统由PC机构成，并通过USB连接线分别与射频源以及ICCD连接。PC机内置射频源控制用软件、ICCD控制用软件以及图像处理软件。计算机控制与分析系统利用射频源控制软件、ICCD控制软件分别对射频源和ICCD进行参数调整与控制； PC机接收来自ICCD的图像数据并通过图像处理软件完成图像的分析以及存储，完成成像过程。