[发明专利]一种基于线列探测器的宽幅宽谱长波红外高光谱成像系统

说明书

本发明公开了一种基于线列探测器的宽幅宽谱长波红外高光谱成像系统，通过狭缝沿垂直狭缝方向上下运动扫描，补偿摆镜进行同步旋转扫描，使同一目标的不同光谱波长的像面在焦面位置按波长大小上下顺序移动，从而使线列探测器分时获取所有波长光谱通道的信息。该系统通过线列红外探测器实现长波红外高光谱的宽幅成像技术，使其幅宽不受面阵探测器规模的限制，并巧妙地利用狭缝和扫描摆镜的协同作用，解决了用线列探测器获取光谱成像面上的整个长波红外波段内的几十个波段，获取目标更多特征信息的问题，实现了长波红外宽谱宽幅成像技术，且结构简单，重量轻、功耗低，可应用于地面、机载或者星载对地宽幅宽谱高光谱成像系统中。

技术领域

本发明涉及光学元件、系统，特别涉及高光谱成像仪。具体是指一种用于机载或星载对地观察成像仪中的基于线列探测器的宽幅宽谱长波红外高光谱成像系统及其成像方法。

背景技术

高光谱成像技术是80年代发展起来的遥感技术，与传统的光谱仪不同的是，高光谱成像技术是集成像与光谱于一体(图谱合一)，以纳米级高光谱分辨率，在获取目标二维空间图像信息的同时，同步获取目标的连续精细光谱信息，使空间遥感的探测能力大为提高。而相较于可见、近红外、短波红外，长波红外高光谱成像技术具有独特的优势，光谱覆盖范围达到了近万纳米，能够获取目标自身的热辐射精细光谱信息，不仅可以有效地识别地物的成分，还可以有效的区分地物的构造特征，获取地物的温度及发射率等参数信息，可广泛应用于陆地、大气、海洋等观测中。

随着目标探测任务需求朝精细化和实用化方向发展，遥感仪器的成像幅宽和谱段宽度，关系到遥感作业的效率和重访周期的快慢，以及获取目标特征信息的多少，宽幅宽谱技术是高光谱成像技术业务化发展的重要需求。

传统的高光谱成像技术主要为推扫式，多采用面阵探测器来获取目标的空间维信息和光谱维信息，其原理是：地面反射或辐射信号经前置望远镜会聚成像在狭缝面上，入射狭缝使一个穿轨方向地面条带的像通过，而遮挡掉其余部分。通过狭缝(视场光阑)的辐射能量经过分光系统，在垂直狭缝长度方向按照光谱色散并成像在面阵探测器的光敏面上。光敏面的水平方向平行于狭缝，即为空间维，每一行水平光敏面元上是地面条带的一个光谱通道的像；光敏面的垂直方向是色散方向，记为光谱维，每一列光敏面元是地物条带一个空间采样视场(像元)光谱色散的像。

因此，现有技术中，长波红外高光谱成像仪也一般采用面阵长波红外探测器来获取信息。而长波红外面阵探测器受材料、工艺等水平限制，其阵列规模有限。如美国AHI长波红外光谱仪，波段范围为7.5μm～11.5μm，波段数为256个，采用的探测器为256×256元的HgCdTe探测器(Lucey,P.G.,et al.,AHI:An airborne long wave infraredhyperspectral imager.Proceedings SPIE Conference on Airborne Reconnaissance,1998:P36-43)。目前面阵长波红外焦平面探测器，特别是长波红外波段，一般尺寸不大，下面列举了几则近年来长波红外焦平面器件研制进展：

(1)法国Sofradir公司2005年报道了截止波长为12.1μm，规模为320×256的探测器；

(2)美国的Raytheon公司2005年报道了截止波长为17μm，规模为160×160的探测器；

(3)德国AIM公司2007年研制出了截止波长为12.8μm，规模为256×256的探测器；

(4)美国宇航局喷气推进实验室(JPL)2010年研制出了截止波长为9μm，规模为640×512的探测器；

(5)法国Sofradir公司2013年研制出了截止波长为9.3μm，规模为640×512的探测器；

(6)中科院上海技术物理研究所2015年研制出了截止波长为12.5μm，规模为320×256的探测器；