[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

说明书

为解决传统光谱成像体制中空间分辨率与光谱分辨率的相互制约而应用受限的技术问题，本发明提供了一种同时获取高空间、高光谱分辨率的光学成像方法和系统，采用多级级联的TDI探测器，实现了高空间分辨率成像；在多级级联的TDI探测器单元上镀制不同谱段的滤光膜或集成滤光片，实现谱段能量的多级累加，从而提高了单个谱段的光谱分辨率。

技术领域

本发明属于光学和光谱成像技术领域，涉及一种同时获取高空间分辨率和高光谱分辨率光谱图像的光谱成像方法和系统。本发明所述的高空间分辨率和高光谱分辨率是指在瞬时视场角1μrad下能够实现的光谱分辨率在5nm甚至更窄。

背景技术

光谱成像技术即在光学成像的基础上加入光谱信息，所得到的最终数据是一个三维的数据立方体，其中两维是空间信息，一维是光谱信息，它在很多方面都有着重要的用途。

利用光谱成像技术可以对物质的特性进行识别或分类，可以区分出真假目标，揭露很多肉眼无法看到的东西。

随着光谱成像技术领域的拓展，对其光谱分辨率和空间分辨率同时提出了更高的要求，然而在现有体制的光谱成像技术中，如干涉型光谱成像仪，要同时实现高光谱分辨率和空间分辨率，则其干涉型光谱成像仪要做的体积非常大，精度非常高，无法加工；光栅型光谱成像仪则受其光栅分光的限制，在同等空间分辨率下，5nm光谱带宽所得到的图像信噪比非常低，无法提取有效目标。

上述体制的光谱成像系统的共有缺点是，空间分辨率和光谱分辨率受能量限制是相互约束的，即空间分辨率越高，高光谱成像中每个谱段上的能量越弱，最终得到的光谱图像信噪比也越低，致使仪器无法满足使用要求。因此，当空间分辨率和光谱分辨率同时要求非常高时，现有体制的光谱成像技术已无法满足，使得其在不同领域的应用受到了极大地限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时获取高空间、高光谱分辨率的光学成像方法和系统，以解决传统光谱成像体制中空间分辨率与光谱分辨率的相互制约而应用受限的技术问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

同时获取高空间、高光谱分辨率光谱图像的光谱成像方法，其特殊之处在于：

步骤1)制备多级TDI集成光谱分光探测器：

步骤1.1)根据成像谱段数确定所需TDI探测器单元的数目M；

步骤1.2)确定M个TDI探测器单元的级数，分别记为s1、s2、…、s_m，以及确定每一级的像元数p；

步骤1.3)在h个TDI探测器单元的感光面上分别镀制滤光膜，或者在h个TDI探测器单元的感光面上分别集成滤光片，要求不同TDI探测器单元对应的滤光膜或滤光片的谱段不同，其余M-h个TDI探测器单元不作任何处理；2≤h≤M；

步骤1.4)将M个TDI探测器单元级联，构成具有s1+s2+…+s_m级、每级p个像元的多级TDI集成光谱分光探测器；

步骤2)光谱成像系统装配：

在步骤1)制备的多级TDI集成光谱分光探测器前，放置前置成像镜头，并调整使得多级TDI集成光谱分光探测器位于前置成像镜头的成像焦面处；

步骤3)光谱成像：

利用步骤2)装配好的光谱成像系统，推扫待测目标，得到待测目标的图像信息和光谱信息。

本发明还提供了一种同时获取高空间、高光谱分辨率光谱图像的光谱成像系统，其特殊之处在于：

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；