[实用新型]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

技术领域

本专利涉及光学元件、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 infrared hyperspectral 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；

(7)德国AIM公司2016年研制出了截止波长为9μm，规模为1280×1024的探测器。

由此可见，长波红外探测器受面阵尺寸目前小于1500像元，且随着面阵尺寸的增加，探测器的截止波长降低，响应光谱波段范围小，因此传统的推扫型长波红外高光谱成像仪无法实现宽幅宽谱。而10.0～12.5μm，是长波红外最重要最广泛的应用波段。随着像元空间分辨率的提高和幅宽的扩大，像元模块的规模需求大幅提升。如何解决截止波长到12.5μm空间维像元规模大于2000元，突破红外探测器技术的限制，实现长波红外宽幅宽谱高光谱成像，是当前国内外亟待解决的一大技术难题。

发明内容