[发明专利]一种共光路编码型快照式短波成像光学系统

说明书

本发明提供了一种共光路编码型快照式短波成像光学系统，解决现有编码型快照式成像光谱仪一次编码信息不足，需多次编码才能获得满意峰值信噪比图像，从而增加成本以及系统复杂性的不足之处。其包括前置物镜组、分光棱镜、编码板、准直镜组、双Amici棱镜、成像镜组、第一短波红外探测器以及第二短波红外探测器；前置物镜组发出的光线经分光棱镜出射后分为两路；一路光线汇聚成像于第一短波红外探测器上；另一路光线汇聚成像于编码板上，经编码板编码后的图像依次经准直镜组、双Amici棱镜及成像镜组后汇聚成像于第二短波红外探测器上；前置物镜组与准直镜组均为像方远心光路结构；成像镜组为物像双侧远心光路结构。

技术领域

本发明属于光学设备技术领域，具体涉及一种共光路编码型快照式短波成像光学系统。

背景技术

光谱仪数据采集通常有三种方法：时间扫描、空间扫描和快照式。其中，编码型快照式成像光谱仪能够在一个快门的积分时间内直接或经过计算得到空间与光谱的三维数据集，无需平台搭建，更无需扫描，能够很好的抑制传统方式带来的误差，具有稳定性强、结构简单、实时性强的优点，在实时侦测等方面具有巨大发展潜力，是近年来研究的热点。

在满足压缩感知理论的前提下，经过压缩编码后的图像信息，再经过重构算法便可得到三维光谱信息。但经过一次编码的图像往往由于信息不足，导致最终重构的图像峰值信噪比太低，而采用多次编码的方法可以提高图像信噪比，但多次编码需要在光路中加入数字微镜阵列等器件，这些器件不仅昂贵且大大增加系统复杂性，此外，多次编码还会失去原有系统最为重要的实时性优势。

发明内容

本发明的目的在于解决现有编码型快照式成像光谱仪一次编码信息不足，需多次编码才能获得满意峰值信噪比图像，从而增加成本以及系统复杂性的不足之处，而提供了一种共光路编码型快照式短波成像光学系统。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种共光路编码型快照式短波成像光学系统，其特殊之处在于，包括前置物镜组、分光棱镜、编码板、准直镜组、双Amici棱镜、成像镜组、第一短波红外探测器以及第二短波红外探测器；

所述分光棱镜位于前置物镜组的出射光路上，将光线分为两路；

一路光线汇聚成像于第一短波红外探测器上；

另一路光线汇聚成像于编码板上(即编码板位于一次像面上)，经所述编码板编码后的图像依次经准直镜组、双Amici棱镜及成像镜组后汇聚成像于第二短波红外探测器上；

上述前置物镜组和分光棱镜构成该光学系统的全色成像臂(即实现对目标的全色谱段高分辨成像)，第一短波红外探测器获得由全色成像臂输出的全色图像；上述前置物镜组、分光棱镜、编码板、准直镜组、双Amici棱镜以及成像镜组构成光谱成像臂(即实现对目标的多光谱段高分辨成像)，第二短波红外探测器获得由光谱成像臂输出的多光谱图像。全色图像与多光谱图像进行图像融合便可得到具有高分辨率的多光谱图像。其中，前置物镜组和分光棱镜为整个光学系统的共光路部分；

所述前置物镜组与准直镜组均为像方远心光路结构；其中，前置物镜组采用像方远心光路结构，可保证出射光瞳与后方二次像面系统中的入射光瞳完美衔接；准直镜组采用像方远心光路结构，可确保其入射光瞳与前方光学系统出射光瞳匹配，最终将色散后的光路汇聚在第二短波红外探测器上；

所述成像镜组为物像双侧远心光路结构，即同时满足物方远心和像方远心两个要求。

进一步地，所述前置物镜组与准直镜组的光学参数一致，两者关于所述编码板镜像设置，即准直镜组是前置物镜组的倒置，且相关光学参数一致，如此，不仅可以完美的与前置物镜组进行光瞳匹配，还可在镜组选材和光路设计上节约设计成本和时间。