[发明专利]一种基于散射效应的成像光谱仪及其超光谱成像方法

说明书

本发明揭示了一种基于散射效应的成像光谱仪及其超光谱成像方法，该成像光谱仪包括第一准直器件、散射器件、第二准直器件、阵列式探测芯片及与阵列式探测芯片连接的数据计算与分析系统；第一准直器件使得待测光谱成像区域内各部位所发出的其中一束光以固定角度入射到散射器件表面的不同部位；散射器件用于令入射到散射器件的光发生散射效应，使得不同频率相同强度的入射光经过散射器件的相同部位后所发射出的散射光具有不同的散射光强角分布，且相同频率相同强度的入射光经过散射器件的不同部位所发射出散射光的光强角分布也不同。通过将待测光谱成像区域分成m个子单元区域，可分别利用阵列式探测芯片上不同的像素元区域实时进行成像光谱测量。

技术领域

本发明涉及一种能实时获得空间维和光谱维丰富信息的成像光谱仪及其超光谱成像方法，可用于遥感与成像技术领域。

背景技术

成像光谱仪是将成像技术和光谱技术结合产生的一种成像侦察设备，是照相机和光谱仪合二为一的产物，在进行航空成像侦察时。它可以在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多光谱连续的目标图像数据，为每个待测光谱成像区域的子单元区域提供一条完整而连续的光谱曲线。因此，利用同一种物质在不同的谱段内光谱反射率不同，并且在同一谱段不同物质的光谱反射率也不相同的性质，可以有选择地在目标的某一个成像波段进行侦察和判读。

成像光谱仪有很多不同的种类，根据光谱分辨率的不同，成像光谱仪分为多光谱型、高光谱型、超光谱型。多光谱型通常只有几十个谱段，光谱分辨率为波长的十分之一数量级，适用于地带分类以及土地使用评估。而高光谱型可以有上百个谱段，光谱分辨率为波长的百分之一数量级，适用于农业、森林、矿产、海岸地区分析和军事领域等。而超光谱型可以有成千上万个谱段，光谱分辨率为波长的千分之一数量级，适用于化学试剂及物质的成分分析。国外的超光谱成像仪大部分采用光栅分光方式实现光谱分光。但光栅体积较大，成本较高，因此研究适合需要的小型化、低成本、实时测量的光谱成像仪器和相关探测方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种能实时获得空间维和光谱维丰富信息的基于散射效应的成像光谱仪及其超光谱成像方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种基于散射效应的成像光谱仪，包括第一准直器件、散射器件、第二准直器件、阵列式探测芯片，以及与所述阵列式探测芯片电性连接的数据计算与分析系统；所述第一准直器件、散射器件、第二准直器件、阵列式探测芯片沿光路方向依次设置；

所述第一准直器件位于所述散射器件之前，第一准直器件使得待测光谱成像区域内各部位所发出的光的其中一束以固定角度入射到散射器件表面的各部位，而将其它光滤除；

所述散射器件用于令入射到散射器件的光发生散射效应，使得不同频率相同强度的入射光经过散射器件的相同部位后所发射出的散射光具有不同的散射光强角分布，且相同频率相同强度的入射光经过散射器件的不同部位所发射出散射光的光强角分布也不同；

所述阵列式探测芯片包括一系列具有相同频谱响应的光探测像素元；所述第二准直器件设置于所述散射器件和阵列式探测芯片之间，第二准直器件用于令沿着从散射器件中心到阵列式探测芯片中心连线方向传输的光通过，而将沿其它方向传输的光滤除，并且使散射器件的不同部位所发出的光分别投射在阵列式探测芯片内不同位置处的光探测像素元；

所述数据计算与分析系统对光探测像素元探测到的数据进行分析处理得到待测光谱成像区域的光谱成像。

优选地，所述第一准直器件包括前置入射光学组件、第一凸透镜、第一小孔光阑和第二凸透镜，待测光谱成像区域所发出的光射向所述前置入射光学组件后出射的其中一束光平行于第一凸透镜和第二凸透镜的主光轴，所述第一小孔光阑间隙设置于第一凸透镜和第二凸透镜之间的共同焦点处。

优选地，所述第二准直器件包括第三凸透镜、第二小孔光阑和第四凸透镜，所述第二小孔光阑间隙设置于第三凸透镜和第四凸透镜之间的共同焦点处，所述第三凸透镜和第四凸透镜的主光轴重合。