[发明专利]红外宽波段高光谱计算成像装置及其方法

说明书

本发明公开了一种红外宽波段高光谱计算成像装置，其包括前置红外镜头、编码模板生成加载、反射式空间光调制器、红外中继透镜组、单元型光谱辐射计、红外光谱计算成像模块、硬件同步控制器；还公开了红外宽波段高光谱计算成像方法。本发明利用单元型光谱辐射计具有较宽的光谱响应范围和较低的系统噪声的优势，不仅避免机械扫描弊端、减小数据采集量、缩短成像所需要的时间，而且提高光谱分辨率和空间分辨率；本发明不仅具备傅里叶光谱辐射计的实时、快速、准确、灵敏度高等特点，还有效地克服了传统单元非成像型红外成像光谱计存在的机械扫描速度慢，数据冗余量大等不足。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，具体涉及一种红外宽波段高光谱计算成像装置及其方法。

背景技术

红外光谱辐射计是测量物体在红外波段发射光谱的仪器设备。通过获取物体的红外光谱辐射，来分析物体的辐射特性与物理属性，如确定物体红外发射光谱的峰值强度、位置和形状，分析气体的红外光谱吸收特性等；因此，它已被广泛地应用于农业、环境、地质、石油、安防、军事等领域。

红外光谱辐射计可分为单元非成像型和成像型两类。单元非成像型红外光谱辐射计以系统视场为单位，每次采集一个视场内的红外光谱辐射分布数据，其数据不包含目标空间信息；其突出特点是具有很宽的光谱响应范围和较低的系统噪声；但是，由于是机械扫描式，其对系统稳定性要求高；而且采集数据量巨大，不利于传输和存储。成像型红外光谱辐射计的光电传感模块由大量的单元传感器组成，每个单元传感器完成其所观测的瞬时视场的红外光谱辐射测量，由此实现空间分解的红外光谱辐射测量，获得系统视场内的红外辐射的空间分布信息；然而，成像型红外光谱辐射计需要对目标在各个维度上进行多次曝光及多次扫描才能获得目标的完整的三维立体数据，导致观测时间延长，而且造价昂贵。

近年来随着数字微镜阵列(DMD)、液晶光阀等空间光调制器件的出现，基于编码孔径、计算成像的凝视成像光谱技术的研究已成为一个研究热点。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种红外宽波段高光谱计算成像装置及其方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种红外宽波段高光谱计算成像装置，其包括前置红外镜头、编码模板生成加载、反射式空间光调制器、红外中继透镜组、单元型光谱辐射计、红外光谱计算成像模块、硬件同步控制器；

所述前置红外镜头模块，用于将目标场景红外辐射会聚到反射式空间光调制器的靶面上；

所述编码模板生成器模块，用于通过计算机预先生成多次测量加载的伯努利随机编码模板矩阵，矩阵元素的取值为“-1”和“1”，且服从伯努利随机分布，并将随机编码模板传递给反射式空间光调制器；

所述反射式空间光调制器，位于前置红外镜头的焦平面上，其光学窗口进行ZnSe材料二次封装后覆盖目标场景红外辐射中的红外波段1-15μm；再根据实时随机编码模板对目标场景红外辐射的随机反射完成对目标场景的编码调制；

所述红外中继透镜组模块，用于将所述反射式空间光调制器调制后的光路会聚到单元型光谱辐射计；

所述单元型光谱辐射计，用于根据所述光路测定的光谱分布并且发送到红外计算成像模块；

所述红外计算成像模块，用于根据所述光谱分布和计算编码成像原理重构目标场景不同波段的图谱信息获得红外宽波段高光谱图像；

所述硬件同步控制器，用于通过时序控制使反射式空间光调制器和单元型光谱辐射计实现同步编码调制和数据采集。

上述方案中，所述红外中继透镜组模块包括反射镜和红外透镜组，所述反射镜用于调整经过光场调制后的光路；所述红外透镜组由焦点和光轴相互重合的多个透镜组成，所述红外透镜组的透镜焦距和通光口径根据单元型光谱辐射计接收口径和位置调整，以便被单元型光谱辐射计接收。