[发明专利]一种物方视场拼接红外高光谱成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外高光谱成像系统，具体涉及一种物方视场拼接实现大视场的棱镜分光红外高光谱成像系统。

背景技术

高光谱成像技术在遥感领域有着重要应用，目前公开的高光谱成像仪主要工作在可见光、近红外以及短波红外波段。由于红外焦平面探测器研制难度大，成本高，红外高光谱成像仪相对可见光高光谱成像仪技术门槛高，大视场高灵敏度的红外高光谱成像仪技术难度则更大。

目前高灵敏度的红外高光谱成像仪，主要采用推帚方式(视场往往较小)、凝视方式(后处理复杂)和选用高灵敏度大面阵红外焦平面探测器(价格昂贵)三种技术手段。

大视场高光谱成像仪过去常用光机扫描式来实现，但光机扫描方式高光谱成像仪像元驻留时间短，其灵敏度一般低于推帚式仪器。

要实现高灵敏度大视场高光谱成像仪，通常采用多台光谱仪拼接来实现，其缺点是，需要较多的光谱仪和探测器，成本较高，不利于仪器的推广应用。

本发明提出的物方视场拼接红外高光谱成像系统在物方采用三组物镜对左、中、右三路视场分别进行成像，通过折转镜将像面与系统的三狭缝面重合。可以采用一套红外探测器组件，分别接收三路视场的光谱图像信号，大大降低系统成本。本发明特别适用于物镜口径不太大的应用场合，例如航空遥感、中分辨率航天遥感等。

本发明尽管增加了物镜的数量和折转镜，以及由于系统采用了三狭缝，垂直于狭缝方向的视场有所扩大，导致成像系统尺寸略大，但比起采用三台光谱仪来说无论是体积还是重量都要小的多，并且由于可以仅采用一个探测器就能接收三路视场的光谱图像信号，系统的成本相应大幅度下降。目前红外探测器成本约占高灵敏度推帚式红外高光谱成像仪硬件成本的一半以上。粗略估算，采用本发明实现的系统成本不到传统多台光谱仪拼接系统的50％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大视场、成本相对较低的红外高光谱成像系统，解决现有高光谱成像仪很难同时兼顾大视场、高灵敏度和低成本的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种物方视场拼接红外高光谱成像系统，系统包括成像子系统1和分光子系统2。其中，如图1所示，成像子系统1包括：(左路视场)前置转折镜101-1、物镜组103-1、后置转折镜102-1；(中路视场)前置转折镜101-2、后置转折镜102-2、物镜组103-2；(右路视场)前置转折镜101-3、物镜组103-3、后置转折镜102-3；如图2所示，分光子系统2包括：三狭缝201、准直反射镜202、分光棱镜203、会聚反射镜204和探测器光敏面205。左路视场区域按地面轨迹扫描进来的目标光线依次通过前置转折镜101-1、物镜组103-1、后置折转镜102-1，然后一次成像在三狭缝面的狭缝1(201-1)上；中路视场区域按地面轨迹扫描进来的目标光线依次通过前置转折镜101-2、后置转折镜102-2、物镜组103-2，然后一次成像在三狭缝面的狭缝2(201-2)上；右路视场区域按地面轨迹扫描进来的目标光线依次通过前置转折镜101-3、物镜组103-3、后置折转镜102-3，然后一次成像在三狭缝面的狭缝3(201-3)上。三路视场的目标光线按左、中、右路顺序并排成像在三狭缝201处。通过三狭缝201的三路视场光线经过准直反射镜202反射到分光棱镜203色散后，最后折射到会聚反射镜204上，最终被探测器光敏面205接收。

所述三组前置转折镜101和后置转折镜102均为平面反射镜，所述物镜组1(103-1)、物镜组2(103-2)、物镜组3(103-3)为结构相同的望远透镜组，所述准直反射镜202为偏轴使用的凹扁球形反射面；所述会聚反射镜204为偏轴使用的凹椭球形反射面；所述分光棱镜203为偏轴使用的融石英棱镜，该融石英棱镜的第一面203-1和第二面203-2的光学表面均为球面，其中第一面为内反射面，第二面为透射表面。

令垂直于地面目标指向地心方向为正X轴方向，地面轨迹由左到右视场方向为正Y轴方向，搭载光谱成像系统的飞行平台运动轨迹反方向为正Z轴方向。对于左路视场，前置转折镜1(101-1)Z轴倾斜-45°，后置转折镜1(102-1)X轴倾斜45°；对于中路视场，前置转折镜2(101-2)Z轴倾斜-45°，后置转折镜2(102-2)X轴倾斜45°；对于右路视场，前置转折镜3(101-3)Z轴倾斜45°，后置转折镜3(102-3)X轴倾斜-45°。