[发明专利]一种能够实现转镜线性扫描的高光谱成像系统

说明书

技术领域

本发明属于旋翼无人机高光谱成像技术领域，具体涉及一种能够实现转镜线性扫描的高光谱成像系统。

背景技术

遥感技术的发展经历了全色（黑白）、彩色摄像，多光谱扫描成像阶段之后，在上世纪80年代初期出现的成像光谱技术，使光学遥感进入了一个崭新的阶段—高光谱遥感阶段。所谓的高光谱遥感指的是具有高光谱分辨率的遥感科学和技术，成像光谱技术所使用的成像光谱仪能在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和短波红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据。成像光谱仪为每一个像元提供数十至数百个窄波段的光谱信息，由此而组成一条完整而且连续的光谱曲线。成像光谱仪将视场范围内观察的各种地物以完整的光谱曲线记录下来，而对所记录的数据进行分析处理和研究是多学科所要进行的工作。

高光谱成像技术是一门新兴的交叉学科，建立在传感器、计算机等技术的基础上，涉及到电磁波理论、光谱学与色度学、物理/几何光学、电子工程、信息学、地理学、农学、大气科学、海洋学等多门学科。电磁波理论则是遥感技术的物理基础，电磁波与地表物质的相互作用机理、电磁波在不同介质中的传输模型和对其进行接收、分析是综合各门学科和技术的核心所在。针对不同地物的不同光谱特征,利用高光谱图像可有效地区分和识别地物,因而被广泛地应用于大气探测、医学诊断、物质分类和目标识别、国土资源、生态、环境监测和城市遥感中。

被测物体通过镜头后被光谱相机捕获，得到一个一维的影像以及相应的光谱信息，而当电控移动平带带动样品连续运行时，则能够得到样品目标物的连续的一维影像以及实时的光谱信息，或者是当扫描转镜在转动的时候，同样也能够得到目标物的连续的一维影像。而在此过程中所有的数据会被计算机软件所记录，最终获得一个包含了影像信息和光谱信息的三维数据立方体。通过对数据的分析，可针对目标样品的品质信息进行检测。

成像系统是将成像光谱仪和面阵单色相机完整的结合在一起的系统。成像光谱仪每次成目标上一条线的像，并对进入光谱仪狭缝的入射光进行分光，分光使每个光谱成分对应探测器线阵上的一个像素点。因此，每一幅来自光谱相机的图像结构包括一个维度（空间轴）上的线阵像素和在另一个维度（光谱轴）上的光谱分布（光在光谱元素的强度）。这样，经过准确校准并固定在一起成像光谱仪和面阵单色相机、成像镜头以及平移机构带动样品的运动或者通过扫描转镜的转动则可获取目标物的三维的高光谱数据。

成像光谱仪使用一个新的准直（轴上）光学构造和一个体全息透射光栅。此构造能够提供非常高的衍射效率和很好的线性光谱，而独立的入射光偏振是由于轴上操作引起的几何畸变和透射光学的应用引起的。透射光栅是人造全息在两块玻璃粘板之间的DCG（DiChromatedGelation）上的。DCG有很高的衍射效率、较低的色散、较低的多级衍射和不产生鬼线。

成像过程为：每次成一条线上的像后（X方向），在驱动电机驱动扫描转镜转动的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。此数据包含了：影像、辐射与光谱三方面的特征信息。

现有技术中扫描转镜的设置方式有两种：

一、成像系统将成像镜头、成像光谱仪和面阵单色相机完整的结合在一起，固定在系统内，三者之间无任何相对运动。在成像镜头前方设计一个扫描转镜，入射光束经转镜偏转后进入镜头，再通过成像光谱仪的分光，最后将被测物体的像呈在探测器上。成像光谱仪每次成目标上一条线的像，并分光使每个光谱成分对应线阵上的一个像素点。因此，每一幅来自光谱相机的图像结构包括一个维度（空间轴）上的线阵像素和在另一个维度（光谱轴）上的光谱分布（光在光谱元素的强度）。而要将目标对象所有的像都呈现在面阵探测器上，需要目标物和成像系统之间有一个相对的运动。通过安装在成像镜头前方的扫描转镜来完成光谱的扫描。