[发明专利]一种基于阵列狭缝扫描的视频高光谱成像仪

说明书

本发明公开了一种基于阵列狭缝扫描的视频高光谱成像仪，系统包括成像镜头、滤光片、阵列狭缝、高精度电控位移台、色散型光谱仪组件、探测器、数据处理系统等。将阵列狭缝固定在高精度的电控平移台上，并放置在成像镜头焦平面位置处。合理设计多条狭缝之间的间隔，探测器同时获得不同视场位置的光谱图像，通过移动位移台，实现多视场空间信息的扫描，通过合并数据得到完整的成像光谱数据。与传统的推扫式高光谱成像体制相比，本方法无需平台推扫即可实现面视场空间和光谱信息的获取，通过阵列狭缝提高单位时间内信息的获取量，进而大大提高了目标信息获取的效率。

技术领域:

本发明涉及一种基于阵列狭缝扫描的视频高光谱成像仪，特指一种无须运动平台，依托高精度位移平台实现阵列狭缝扫描代替传统推扫式成像光谱仪中的狭缝实现空间快速扫描成像的高光谱成像仪。

背景技术：

色散型成像光谱技术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，即推扫成像。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和光谱分辨率。但是某些场合，平台无法满足运动扫描的功能，如临近空间观测平台，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将大大增加；另外，基于单狭缝扫描的高光谱成像仪虽然可以省去移动平台，但由于系统成像一次仅一条线视场，导致系统获取数据效率较低。故针对色散型单狭缝型高光谱成像仪，在平台自身无法满足运动扫描而且应用场景对目标成像具有较高帧频要求的情况下，可依托带移动平台的阵列狭缝实现高帧频的光谱成像数据的获取。

发明内容：

为解决以上问题，本发明提供一种可实现空间面视场快速扫描的视频高光谱成像方法，利用狭缝阵列内部自扫描将色散型高光谱成像仪的信息获取体制提升为基于面视场的视频成像，是一种全新的技术手段。

本发明为一种适用于动态目标空间和光谱三维数据立方体视频成像的新型高光谱成像仪，设备包括成像镜头1、滤光片2、狭缝阵列3、高精度电控位移台4、色散型光谱仪组件5、探测器6和数据处理系统7，所述光学成像镜头放置于仪器最前面，所述阵列狭缝位于成像镜头后，该狭缝阵列固定在精密位移台上，并保证在平移台移动的过程中，狭缝始终位于镜头焦平面处，所述色散型光谱仪组件位于阵列狭缝后，所述探测器位于光谱仪组件之后，通过光学对准实现狭缝与探测器像元一一对应，所述数据处理系统用于实时采集和处理数据。

进一步的，本方法中设计的色散组件在系统设计视场范围内，对不同位置狭缝具有相同的色散能力。

进一步的，在本方法中，所述狭缝阵列为激光刻蚀玻璃狭缝。狭缝阵列中的每条狭缝等间隔排列，狭缝间隔由色散组件的色散能力和滤光片决定，设计间隔保证两条相邻狭缝色散在探测器上的光谱不发生混叠，狭缝宽度等于探测器像元宽度，狭缝之间的最小距离大于单个狭缝色散的宽度。

进一步的，本方法中，假设阵列狭缝中狭缝条数为N，系统设计光谱通道数为C，则获取一个完整的光谱数据立方体，狭缝阵列需沿色散方向移动C个单位，则系统色散方向空间像元数为N×C；记探测器有效宽度为L，则L＝N×C；

进一步的，视频光谱成型帧频由探测器帧频和狭缝条数决定，记探测器帧频为fHz，系统光谱成像频率为F Hz，则有

进一步的，精密位移台移动速度由探测器帧频和像元大小决定，记像元大小为△，则一个像元驻留时间为则平移台移动速度v＝△f。

进一步的，所述目标成像光谱数据立方体处理方法为多维度错位拼接法，将探测器得到的多个数据依据帧数错位组合，合成包含空间二维和光谱一维的数据立方体。