[实用新型]基于液晶光阀的电子扫描视频高光谱成像仪

说明书

本专利公开了一种基于液晶光阀的电子扫描视频高光谱成像仪。系统由成像镜头、可编程电子液晶光阀、无狭缝色散型光谱仪组件、探测器，数据处理系统等五部分组成。该系统将色散型高光谱成像仪的狭缝更换为可编程电子液晶光阀，该部件可以通过电压控制，利用驱动电路依次加载透光数据，控制液晶光阀相应位置的透光特性，实现空间依次扫描的功能。透过液晶光阀透光位置的目标信号进入色散组件，探测器在焦平面处捕获图像数据，利用拼接算法提取目标的光谱成像数据立方体。相比较传统色散型高光谱成像仪，本设计省去机械推扫过程，减少机械运动部件，具有稳定性强，集成度高等特点，适应于塔架观测平台、临近空间平台等相对静止的观测平台。

技术领域

本专利涉及一种基于液晶光阀的电子扫描视频高光谱成像仪，特指一种无须运动平台，依托液晶光阀代替传统狭缝实现成像空间电子扫描的高光谱成像仪。

背景技术：

色散型成像光谱技术的发展，经历了从多波段扫描成像到推扫式成像的技术发展过程。目前基于推扫成像模式的高光谱成像仪是航空航天的主流方案，这种技术由面阵探测器的固体扫描和卫星或飞机平稳向前飞行来共同形成二维空间扫描，即推扫。二维面阵器件的其中一维完成目标场景一维空间成像，另一维完成同样目标场景该维度的光谱信息获取，通过飞机或者卫星的平台运动获得目标场景的空间另外一维成像。

借助运动平台的帮助，色散型高光谱成像仪不需要单独设计扫描镜，并且面阵探测器使得系统可以获得比较高的空间分辨率，因而具有光谱分辨率高、灵敏度高等特点。但是在一些场合，平台无法满足运动扫描的功能，需要单独设计扫描镜，当高光谱成像仪空间分辨率较高时扫描镜的研制难度呈几何倍数增加，从而使推扫式高光谱成像的使用场景受到限制，特别是搭载于静止轨道平台时，扫瞄镜本身的技术难度(特别是高精度扫描像元级控制)甚至超过仪器本身。故针对色散型高光谱成像仪，在平台无法满足运动扫描的情况下，可依托液晶光阀代替传统狭缝实现成像空间电子扫描。

发明内容：

为解决上述问题，本专利提供一种可实现空间自扫描的高光谱成像方案，针对色散型高光谱成像仪可以省去扫描环节，将色散型高光谱成像仪变为视频成像，是一种全新的技术手段。

本专利为一种用于获取图像空间和光谱三维数据立方体的新型电子扫描式成像光谱仪，设备包括成像镜头、可编程电子液晶光阀、无狭缝色散型光谱仪组件、探测器和数据处理系统，所述光学成像镜头放置于仪器最前面，所述电子液晶光阀位于镜头后，具体放置于镜头后的焦平面处，所述无狭缝色散型光谱仪组件位于液晶光阀后，所述探测器位于光谱仪组件之后，通过光学对准实现液晶光阀单位像元与探测器像元一一对应，所述数据处理系统用于实时接收和反演数据。通过控制液晶光阀的打开单元位置，可在相应位置上形成狭缝，通过加载相应数据，使得液晶光阀上的狭缝位置按照水平顺序连续移动，此即达到电子扫描效果，根据探测器积分时间，匹配每条狭缝的保持时间。透过狭缝(液晶光阀打开单元位置)的目标信号光进入到色散组件，在焦面处使用探测器依次捕获狭缝对应线视场内目标分光后的图像数据，通过确定视场位置，狭缝位置和探测器位置三者对应的关系，合成目标成像光谱数据立方体。

进一步的，所述可编程电子液晶光阀加载相应数据后，实现物理功能为在空间中依次扫描的透光狭缝。

进一步的，所述目标成像光谱数据立方体提取算法为错位拼接法，将探测器得到的数据立方体依据帧数错位组合，合成包含空间二维和光谱一维的数据立方体。

按上述方案实施至少具有以下优势：

(1)相对传统色散型高光谱成像仪需要扫描才能完成目标二维场景成像的特点，本系统具备凝视视频成像的能力，无须运动平台扫描，具有稳定性强，集成度高、适应性强等特点，并且易于实现仪器的紧凑化、轻型化设计。能够搭载于临近空间、静止轨道等相对静止的观测平台，而无须设计增加扫描镜。

(2)使用液晶光阀代替传统狭缝实现电子控制的目标场景空间顺序扫描成像，扫描速度和扫描方式灵活可控，能够增加了系统的灵活性。