[发明专利]基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统

说明书

基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统，解决现有现有系统实现成本高、数据量庞大，结构复杂，无法实现实时观测等问题，系统包括前组光学系统、像素级滤光片、后组光学系统和接收像面。前组光学系统为一望远物镜，包含七块球面透镜；像素级滤光片置于前组光学系统像面处进行分光；后组光学系统为一转像系统，包含六块透镜，其中第二片、第四片和第五片透镜为二次曲面透镜，其余为球面透镜；系统孔径光阑置于前组光学系统第四块透镜的前表面。本系统可满足凝视型高光谱成像和高光谱视频拍摄，无需复杂的推扫机制，能实现大视场、高像质、超低畸变和高稳定性，适用于高精度航空航天遥感相机。

技术领域

本发明涉及空间光学技术领域，具体涉及一种基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统。

背景技术

高光谱遥感图像是一种高维图像，包含目标物体的空间信息和光谱信息。由于很多物质的独有特征往往表现在一些狭窄的光谱范围内，高光谱遥感可提取目标相应谱段的光谱和空间信息，实现隐蔽目标的识别，因此具有传统遥感技术不可比拟的优势，在军用和民用方面都有很重大的意义，目前已广泛应用于军事、地质勘探与地球资源调查、环境与灾害监测、农业、测绘及考古等方面，得到世界各国的重视。

目前技术较为成熟且应用较为广泛的空间遥感高光谱相机的分光方式主要为色散型、干涉型和渐变滤光片型分光方式。其中色散型高光谱相机以棱镜或光栅为分光元件，原理简单，但体积质量庞大且依赖飞行平台推扫，实现成本较高；干涉型高光谱相机虽然分辨率高且图像无畸变，但数据量庞大，结构复杂，无法实现实时观测；基于渐变滤光片的高光谱相机结构简单，但需要推扫成像，对平台稳定性要求较高且需要飞行速度与TDI CCD电荷转移速度严格匹配，实现成本较高。在此背景下，设计出一种高成像质量且无需推扫成像的凝视型高光谱相机势在必行。

发明内容

本发明为解决现有系统实现成本高、数据量庞大，结构复杂，无法实现实时观测等问题，提供一种基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统。

基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统，包括前组光学系统、像素级滤光片、后组光学系统和接收像面；目标发出的光束经过前组光学系统成像于中间像面处，中间像面处的中间像经过置于所述中间像面处的像素级滤光片分光后继续经后组光学系统再次成像于接收像面处，所述接收像面处获得目标的高光谱图像信息；所述中间像面处设置视场光阑和内遮光罩。

本发明的有益效果：本发明所述的高光谱光学系统，适用于高精度航空航天遥感相机，具体有几下优点：

1、基于本发明所述光学系统的高光谱遥感相机的成像模式为凝视成像，无需平台推扫，降低了结构、电子学和后期图像处理的难度。

2、前组光学系统设计成摄远物镜形式，缩短了光学系统总长，用于航天遥感时节约了星上空间，降低整星质量，节约发射成本。

3、本发明由于存在中间像，可在中间像面位置设置视场光阑和内遮光罩，从而有效地消除视场外杂光，降低对外遮光罩长度的要求。

附图说明

图1为本发明所述的基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统的结构示意图。

图2为本发明所述的基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统的调制传递函数曲线图。

图3为本发明所述的基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统的畸变曲线图。

图4为本发明所述的基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统中前组光学系统的结构示意图。

图5为前组光学系统的调制传递函数曲线图。

图6为前组光学系统的畸变曲线图。

图7为本发明所述的基于像素级滤光片的大视场、低畸变高光谱光学系统中后组光学系统的结构示意图。