[发明专利]一种用于海洋水下探测的快照型高空间分辨光谱成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光谱成像领域，具体涉及一种用于海洋水下探测的快照型高空间分辨光谱成像系统。

背景技术

光谱成像技术是一种“谱像合一”的综合探测技术，既可获取目标影像信息，又可获取目标光谱信息，具备揭露伪装目标的能力，可实现战场环境下目标的准确探测与识别，被誉为光学仪器发展史的一次飞跃，已远超传统全色光学相机(仅能获取目标轮廓和灰度特征)，该技术已在环境监测、精细农业、矿物调查等领域被广泛应用，但是只有少数国家将该技术在海洋水下目标探测方面开展了应用和研究。快照型光谱成像探测技术不仅可以用于海底地形地貌、水下航道底质、海底沉积物调查、海底环境监测、海底矿物勘探、海底沉船搜救、输油管道漏油监测等方面，也可对表层图像无法识别的一些海底不明目标、移动目标等进行探测识别，同时也可为水下无人潜器(如潜艇)的停泊、转移、导航以及未来海底水下工作站的选址及建立等提供重要技术支持，具有重要的战略意义。

目前对海洋水下探测的光谱成像方法，按照数据立方体获取方式主要有两种，一是推扫型，二是快照型，推扫型光谱成像技术路线对运动目标不具备有效探测能力，针对快照型光谱成像技术路线可分为如下几种：

基于量子点的光谱成像探测成像方法：该原理是采用纳米材料领域的量子点技术，利用量子点的吸光特性，将其缩小至人的头发丝万分之一尺寸时，量子点的颜色随尺寸改变而改变，能在非常宽的颜色范围内连续获得不同谱段的光谱，再在将量子点附着在探测器的每一个像素上，实现分光与信号获取，该方法缺点是制备较为复杂，波长选择的精度难以保证，信噪比偏低。

基于微窄带滤光的光谱芯片探测方法：该方法是在探测器光敏元上，设计基于微窄带滤光的超表面结构，再采用纳米压印光刻技术，实现分光与光谱信号的获取，该方法的缺点是空间探测视场较小、信噪比较低、加工制备的工艺较为复杂，实际应用难度大。

基于微透镜阵列单元的光谱成像探测方法：传统的微透镜阵列单元光谱成像方法是采用表面镀膜技术，在各个微透镜前端镀不同谱段的窄带滤光片，实现不同谱段的光谱信息准确获取，但该方法获取的视场较小，无法实现大视场下的高空间分辨，只能够实现在准确波长选择的情况下的窄视场探测。

发明内容

本发明的目的是解决传统微透镜阵列单元光谱成像方法获取的视场较小，无法实现大视场下的高空间分辨，只能够实现在准确波长选择情况下的窄视场探测问题，提供一种用于海洋水下探测的快照型高空间分辨光谱成像系统。

本发明的技术方案是：

一种用于海洋水下探测的快照型高空间分辨光谱成像系统，包括密封箱体和设置在密封箱体内的前置望远系统、分束器、第一成像镜组、灰度探测器、第一准直镜组、微透镜阵列单元、第二成像镜组和光谱探测器；所述密封箱体上设置有观察窗口和电源数据接口，所述前置望远系统通过观察窗口对目标进行观测，通过前置望远系统的光进入分束器，一路保持原入射方向透过，一路垂直于入射方向传播，所述第一成像镜组对垂直于入射方向的目标光进行收集并成像至灰度探测器，灰度探测器获取垂直于入射方向的目标光信号；所述第一准直镜组、微透镜阵列单元、第二成像镜组和光谱探测器依次设置，所述第一准直镜组对沿入射方向透过的光进行准直，并与微透镜阵列单元进行光路匹配，微透镜阵列单元对入射光信号进行谱段选择，第二成像镜组是对沿入射方向的目标光进行收集并成像至光谱探测器，光谱探测器接收入射方向目标光信号。

进一步地，所述前置望远系统包括依次设置的前置成像镜组、光阑和第二准直镜组。

进一步地，所述前置成像镜组为透射式成像光路结构、反射式光路结构或折反射式光路结构。

进一步地，所述第二准直镜组为透射式成像光路结构、反射式光路结构或折反射式光路结构。

进一步地，所述第一成像镜组为透射式成像光路结构、反射式光路结构或折反射式光路结构。

进一步地，所述第二成像镜组为透射式成像光路结构、反射式光路结构或折反射式光路结构。

进一步地，所述电源数据接口设置在密封箱体的顶端。

本发明的优点为：

1.本发明系统增加一路大面阵灰度探测器光路(例如是光谱探测器2倍大小)，此光路下的目标是与光谱探测器每一个小微透镜成像的目标是一致的，可以通过灰度大面阵探测器对小微透镜单元对应的同一目标进行高分辨的空间补偿，把每个小透镜单元对应的低空间分辨图像补偿成为高空间分辨率图像，采用的补偿手段是空间插值、领域像元拟合等。