[发明专利]同时获取高空间、高光谱分辨率光谱图像的光谱成像方法和系统

权利要求书

1.同时获取高空间、高光谱分辨率光谱图像的光谱成像系统，其特征在于：

包括依次设置在同一光轴上的前置成像镜头和多级TDI集成光谱分光探测器；

前置成像镜头用于将目标成像于所述多级TDI集成光谱分光探测器上；

多级TDI集成光谱分光探测器用于实现光谱分光、能量探测和图像生成；

多级TDI集成光谱分光探测器由M个像元尺寸相等的TDI探测器单元级联构成；M≥2；

第一个TDI探测器单元的级数为s1级，每级有p个像元；

第二个TDI探测器单元的级数为s2级，每级有p个像元；

以此类推；

第M个TDI探测器单元的级数为s_m级，每级有p个像元；

s1、s2、…s_m可以相等，也可以不相等；

M个TDI探测器单元同步工作；

级联构成的所述多级TDI集成光谱分光探测器有s1+s2+…+s_m级，每级有p个像元；

M个TDI探测器单元中，有h个TDI探测器单元的感光面上均镀制有矩形滤光膜或者在感光面前均设置有滤光片，2≤h≤M；不同TDI探测器单元对应的矩形滤光膜或者滤光片谱段不同；

单个TDI探测器单元的像元数p和级数s的确定原则如下：

p×空间分辨率为光谱成像系统的成像范围，而根据被测目标的几何尺寸，要求光谱成像系统会有相应的成像范围，从而能够确定p的值；

s的数值满足使所述光谱成像系统能够探测到目标的最低能量，同时又不饱和；

单个TDI探测器单元的级数s具体由下述方法确定：

1)计算TDI探测器单元能够探测到的目标的电子数N

TDI探测器单元能够探测到目标是由TDI探测器单元的信噪比决定，信噪比SNR计算公式如下：

其中，N为TDI探测器单元探测到的目标的电子数，σ_d为噪声电子；σ_d由TDI探测器单元的性质决定；探测到的目标的电子数由下式决定：

其中，π为圆周率常数；D/f为前置成像镜头的相对孔径；d为单个TDI探测器单元的像元尺寸；

T_int为单个TDI探测器单元的积分时间；h为普朗克常数；c为真空中的光速；L为前置成像镜头入瞳处单个TDI探测器单元对应谱段的辐亮度；τ_opt为前置成像镜头的透过率；Q为单个TDI探测器单元的量子效率；λ为单个TDI探测器单元对应谱段；

当探测器、谱段数、光学系统确定后，D/f、L、τ_opt、Q、λ均为确定值，此时，TDI探测器单元能探测到的目标电子数N仅由T_int决定；

2)根据下述公式计算s:

由于单个TDI探测器单元能探测到的目标电子数N由积分时间T_int决定，而单个TDI探测器单元的积分时间T_int与其探测器级数s有关，若单级探测器的积分时间为T₁，则s级TDI探测器的积分时间T_int可为s×T₁，故可根据系统要求的单个TDI探测器单元的积分时间T_int确定s。

2.根据权利要求1所述的同时获取高空间、高光谱分辨率光谱图像的光谱成像系统，其特征在于：h＝M-1。

3.根据权利要求2所述的同时获取高空间、高光谱分辨率光谱图像的光谱成像系统，其特征在于：TDI探测器单元为TDI CMOS或TDI CCD。

4.根据权利要求3所述的同时获取高空间、高光谱分辨率光谱图像的光谱成像系统，其特征在于：TDI探测器单元上镀膜可采用法布里-珀罗干涉滤光法、基于纳米结构的表面等离子体超表面滤光或纳米光栅结合导模共振滤光法。