[发明专利]基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置和方法

权利要求书

1.基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置，其特征在于，测量被测物体的瞬态温度的测量装置包括带通滤光片(1)、光学成像物镜(2)、快照型光谱成像模块(3)、高速面阵图像传感器(4)、图像采集存储模块(5)、图像处理模块(6)和温度反演模块(7)；

所述带通滤光片(1)结合高速面阵图像传感器(4)用于限定所述测量装置的工作波段，用于选通工作波长范围内的光辐射，截止工作波长范围以外的光辐射；

所述光学成像物镜(2)用于将所述被测物体的光辐射收集进入所述测量装置；

所述快照型光谱成像模块(3)用于透过所述光学成像物镜(2)将含有被测物体辐射的光谱信息与二维空间信息融合形成一幅二维图像，用于单次曝光实现对被测物体的二维空间信息和光谱信息的同时探测；

所述高速面阵图像传感器(4)用于将所述二维图像转换为数字图像，所述数字图像中包括光辐射信息，所述高速面阵图像传感器(4)用于以优于微秒级的时间分辨率探测被测物体瞬时的温度场变化过程；

所述图像采集存储模块(5)储存所述数字图像同时控制所述高速面阵图像传感器(4)，所述图像采集存储模块(5)包括控制所述高速面阵图像传感器(4)的电子快门、曝光时间、帧率、图像采集区域；

所述图像处理模块(6)用于反演所述二维图像得到所述被测物体的光谱信息和空间分布信息，所述光谱信息和空间分布信息包括被测物体在同一时刻，多个波长下的光谱图像序列；

所述温度反演模块(7)基于所述光谱图像序列，结合关于波长的多项式描述的光谱发射率模型和最小二乘法计算得到包括所述被测物体的真实温度、光谱反射率模型的多项式系数。

2.根据权利要求1所述的基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置，其特征在于，所述快照型光谱成像模块(3)还包括顺序排布的微透镜阵列(31)、线偏振起偏器(32)、Nomarski棱镜(33)、检偏器(36)和焦平面(37)；

所述微透镜阵列(31)用于将入射光分解成M×N个阵列子束；

所述线偏振起偏器(32)用于产生线偏振光，振动方向与所述Nomarski棱镜(33)的光轴成45°；

阵列子束的线偏振光经过所述Nomarski棱镜(33)的两个相互垂直的光楔，分解为两束光，分别为o光和e光，在所述Nomarski棱镜(33)第一个光楔中的o光为子束Ⅰ，e光为子束Ⅱ，进入第二个光楔后转变o光为e光、转变e光为o光；

所述Nomarski棱镜(33)用于产生子束Ⅰ和子束Ⅱ的光学延迟量差值δ；

所述检偏器(36)的透振方向与所述线偏振起偏器(32)平行，用于透过子束Ⅰ和子束Ⅱ后在所述焦平面(37)上形成干涉条纹。

3.根据权利要求2所述的基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置，其特征在于，所述快照型光谱成像模块(3)还包括在消色散λ/2波片(34)和另一个Nomarski棱镜(35)；

在所述Nomarski棱镜(33)和所述检偏器(36)之间顺序加入一个消色散λ/2波片(34)和另一个Nomarski棱镜(35)，所述消色散λ/2波片(34)用于分别独立旋转所述子束Ⅰ和子束Ⅱ的偏振方向，旋转大小为π/2；

所述另一个Nomarski棱镜(35)用于加倍子束Ⅰ和子束Ⅱ的光程差，加倍后子束Ⅰ和子束Ⅱ光学延迟量差值为2δ。