[发明专利]量子点光谱成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种量子点光谱成像系统。

背景技术

光谱成像技术是一类将成像技术和光谱技术相结合的新型多维信息获取技术，它能够获得被探测目标的二维空间信息和一维光谱信息，形成数据立方体。光谱成像技术能实现对目标特性的综合探测感知与识别，极大地扩展了遥感探测技术的监测能力、目标识别，具有其它遥感技术不可取代的优势。根据光谱成像仪工作原理的不同，光谱成像仪可以分为色散型、干涉型、滤光片型和计算光谱成像型。

目前光谱成像技术的小型化是航空航天遥感技术的新要求，现有的光谱成像技术取得了长足的进步，但仍存在着一定的不足：

1)对于色散型成像光谱仪或者傅里叶变换成像光谱仪均带有狭缝，这样会极大的造成光能量的损失，限制了光谱相机的信噪比提高。这类仪器均需要复杂的分光器件，如分光棱镜或者衍射光栅，造成系统体积庞大、造价昂贵、研制难度高，很难满足载荷小型化的要求。例如，德国的EnMap的高光谱成像仪采用Fery曲面棱镜的光谱仪，Fery曲面棱镜光谱仪系统体积大，在前置望远镜后焦面放置狭缝，造成能量极大损失。需要复杂的光学系统，这些结构通常包括数量较多的分光元件且安装精度要求非常高，这些都会增加了系统的重量、体积和研制成本，很难满足载荷小型化的要求。

2)采用滤光片或是线性渐变滤光片的成像光谱仪，虽然能够满足小型化的需求，但是波段数有限，且存在着光子效率、光谱分辨率和光谱范围窄的不足。例如，西安光机所研制的滤光片阵列的多光谱相机，其在相机系统加入了一个滤光片，放置在CCD探测器前，在滤光片基板上沿着垂直于飞行的方向镀制多个窄带滤光膜；然而，滤光片镀膜工艺限制了其谱段的数量，无法作为高光谱成像仪使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种量子点光谱成像系统，具有高光谱分辨率，高能量利用率，体积小、光谱范围宽和成本低等优势。量子点材料的诸多优势可以预见其在光谱成像技术中应用的巨大潜力，为光谱成像技术的发展及其小型化提供新的方案。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种量子点光谱成像系统，包括：依次设置的前置望远镜、量子点阵列片和图像探测器；所述图像探测器位于前置望远镜的后焦面处，所述量子点阵列片是将具有不同光谱透过率特性的量子点材料沿光谱维方向平行制作在基底上，每一种量子点材料在光谱维方向上覆盖一行或多行探测器像素，形成一种量子点条带；

利用系统对探测目标以行为单位进行采样成像时，量子点阵列片每一量子点条带覆盖的一行或多行像元均对应成像条带状的探测目标，对于量子点阵列片后获得对应探测目标每一行数据的采样数据，利用光谱重构算法来获得对应探测目标的数据立方体，再将所有数据立方体前后拼接，即获得了整个探测目标的图谱数据立方体。

一量子点条带的量子点光谱透过率及其覆盖的探测器像元的光谱响应的综合作用构成了该量子点条带的光谱透过率函数，沿推扫方向共制作i种具有不同光谱透过率函数的量子点条带，其光谱透过率函数分别为T_i(λ)；

每一量子点条带的光谱透过率函数T_i(λ)利用氙灯光源、单色仪和积分球组成的装置进行测试，氙灯光源发出光束，利用单色仪输出单色光进入积分球后在其出口处获得单色光均匀照明面，将量子点条带和探测器集成后放在均匀照明面附近从而对整个探测器的光谱相应进行测试，获得量子点条带的光谱透过率函数T_i(λ)。

利用系统对探测目标以行为单位进行采样成像时，量子点阵列片每一量子点条带覆盖的一行或多行像元均对应成像条带状的探测目标；推扫成像过程中，当进行第1帧探测时，不同视场的条带状探测目标发出的光束通过前置望远镜和相应的量子点条带后被探测器接收；当第2帧探测时，条带状探测目标的数据立方体沿着推扫方向移动，条带状探测目标的第2行数据相应的被量子点阵列片上第2行接收，以此类推；

当图谱数据立方体遍历完整个量子点阵列片后，每一个条带状探测目标依次通过了量子点阵列片的i种不同的量子点条带，得到了i次的采样数据。

所述光谱重构算法来获得对应探测目标的数据立方体包括：

假设入射光谱曲线为通过n_F个量子点条带，同时测量通过每一个量子点条带后的透射光强I_i：

其中，T_i(λ)为第i个量子点条带的光谱透过率函数；

将连续的入射光谱分成由n_λ个离散波长组成，则上式变为：