[发明专利]一种光谱成像系统及光谱成像方法

权利要求书

1.一种光谱成像系统，其特征在于，包括沿着光传输方向依次设置的成像单元、编码单元、柱面镜单元、分光单元以及探测器，其中，

所述成像单元用于将被测物体发出的物光成像于所述编码单元；

所述编码单元用于对所述物光进行编码，获得第一图像，所述第一图像包括点阵状分布的多个编码像点，所述编码单元的编码方式可调以获得多种第一图像；

所述柱面镜单元用于将所述第一图像在第一方向上放大，获得第二图像，所述第二图像包括多个平行排布的条纹像，每一所述条纹像由在第二方向上坐标一致的编码像点经均匀放大后叠加得到，所述第二方向和第一方向垂直，所述条纹像各处光强均匀；

所述分光单元用于对所述第二图像在第一方向上分光；

所述探测器用于探测第二图像分光后的光信息，获得第三图像，所述第三图像中，每一波段至少偏移一个像素；

其中，在第二方向的任一坐标下，所述被测物体和所述第一图像具有如下关系：I₁(x)＝I₀(x)·T(x)；

其中，I₀(x)为被测物体的空间光强，I₁(x)为第一图像的光强，x＝1,…n,n为x方向像素数，T(x)为编码单元的编码值，不同的编码方向对应不同的编码值，所述编码单元采用数字微镜器件DMD实现，所述x方向为所述第一方向；

所述第二图像和所述被测物体具有如下关系：

其中，T_N(x)表示第N次编码值,I_2TN表示第N次编码对应的第二图像的光强。

2.如权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述光谱成像系统还包括运算单元，与所述探测器连接，用于根据所述第三图像和所述编码单元的编码值计算所述被测物体的空间信息和光谱信息，获得物体的光谱图像。

3.如权利要求2所述的光谱成像系统，其特征在于，所述编码单元包括阵列排布的编码模块，所述编码模块可调节以控制物光的透过率，形成所述编码像点，所述编码值对应所述透过率。

4.如权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述柱面镜单元包括同光轴的柱面镜、凸透镜和/或凹透镜，所述柱面镜包括柱形表面，所述柱形表面在所述第一方向上成弧形，在所述第二方向上呈直线型。

5.如权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述分光单元包括沿着光传输方向依次设置的第一镜组、分光光栅和第二镜组，所述探测器设置于所述第二镜组的输出方向，所述分光光栅为一维透射光栅或一维反射光栅，分光方向与第一方向一致。

6.如权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述光谱成像系统还包括设置于所述柱面镜单元和分光单元之间的光阑，用于获取所述第二图像中光强均匀的部分。

7.如权利要求2所述的光谱成像系统，其特征在于，所述探测器形成的第三图像包括多条平行的探测器条纹像，所述探测器条纹像中，每一波段沿所述第一方向至少偏移一个像素；

所述运算单元包括：

第三图像处理模块，用于计算第三图像中每个探测器条纹像的光强信息；

编码逆运算模块，用于根据所述每个探测器条纹像的光强信息，结合编码单元的编码值，逆运算获得每一波段的空间信息，进而将各波段的空间信息组合后获得被测物体的光谱图像。

8.如权利要求1至7任一项所述的光谱成像系统，其特征在于，

所述第三图像和第二图像具有如下关系：

其中，I₂(λ_j)为一个条纹像中λ_j波段下的光强，j＝1,...M，M为波段数；

I₃(x)为第三图像中一个探测器条纹像的像素x的光强，1≤x≤n+M-1。