[发明专利]一种框幅式单光栅双路色散高光谱成像系统及方法

说明书

本发明属于光谱成像技术领域，特别是涉及高光谱成像系统及方法。一种框幅式单光栅双路色散高光谱成像系统，包括第一色散单元、第二色散单元、狭缝和面阵相机；所述狭缝位于第一色散单元与第二色散单元的中间位置。所述第一色散单元和第二色散单元共用一个色散元件。本发明基于“色散相减”的框幅式色散高光谱成像机理模型，采用“色散相减”技术实现框幅式色散高光谱成像探测，无需图像缝合拼接，能够获取探测深海场景高空间分辨率和高光谱分辨率的光谱图像。实现对深海目标场景的直接成像，消除图像形变，提高图像信息质量，并保留了高光谱的分辨率。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，特别是涉及高光谱成像系统及方法。

背景技术

高光谱成像技术是成像技术与光谱技术的结合，可在获取目标二维图像信息的基础上，同时获取目标的一维光谱信息，能够反映出被观测对象的外形影像以及理化特征，从而达到对目标的探测与识别。通过图形图像信息和光谱“指纹”效应，可以进行物质识别和成分分析，逐渐成为航空航天遥感、地矿探测、天文观测等领域的热门“工具”。

随着水下高光谱成像技术的出现与发展，对高光谱成像系统的光谱分辨率、图像质量、性价比和操作便利性提出了新的要求。现有色散高光谱成像技术由于采用前置狭缝，空间分割探测的手段，无法对水下目标场景进行实时光谱成像，需要额外的辅助对准和对焦设备，且缝合拼接的光谱图像易产生图像变形和条带噪声，导致图像信息不够精细，空间分辨率不足。采用调制滤光原理的高光谱成像技术虽然能够对水下目标进行直接成像，实时观测，但是光谱分辨率越高，调制系统越复杂，且光能利用率不高。干涉高光谱成像技术由于海水的光谱吸收特性，不适用于深海环境；且系统成本高，对工作环境要求高，光谱重构算法复杂。

发明内容

本发明基于“色散相减”的框幅式色散高光谱成像技术，实现对深海目标场景的实时观测以及图像信息的直接获取，在保留色散高光谱成像仪光谱分辨率高、成本低、稳定性好的优势条件下，提高光谱图像的质量和空间分辨率，为深海目标探测高光谱成像提供一种新的技术方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种框幅式单光栅双路色散高光谱成像系统，包括第一色散单元、第二色散单元、狭缝和面阵相机；所述狭缝位于第一色散单元与第二色散单元的中间位置。

作为本发明的一种优选方式，所述的第一色散单元包括第一反射物镜、第一成像物镜，所述第二色散单元包括第二反射物镜、第二成像物镜；所述第一色散单元和第二色散单元共用一个色散元件。

作为本发明的一种优选方式，目标场景位于第一反射物镜的前焦面；狭缝位于第一成像物镜的后焦面，也是第二反射物镜的前焦面；面阵相机位于第一反射物镜的后焦面。

进一步优选地，所述的色散元件为凸面光栅。

进一步优选地，所述的第一反射物镜和第二反射物镜为参数相同的准直透镜。

进一步优选地，所述的第一成像物镜和第二成像物镜为参数相同的平面反射镜。

本发明还提供一种框幅式单光栅双路色散高光谱成像方法，包括：目标场景经过第一色散单元的调制后，在狭缝位置形成一个空间-光谱混叠分布的图像，狭缝对空间-光谱混叠图像进行光谱滤波后，经过第二色散单元解调后，最终在面阵相机上获取经过空间光谱滤波的目标场景图像。

进一步优选地，目标场景入射系统后，经过第一反射物镜、色散元件、第二反射物镜和第一成像物镜作用后，成像在狭缝所在平面，经过中间狭缝的光谱滤波作用后，再经第二成像物镜、第二反射物镜、色散元件、第一反射物镜，最后在面阵相机上获得空间滤波的图像。