[发明专利]一种多维度参数可调的新型快照式偏振光谱成像系统

说明书

一种多维度参数可调的新型快照式偏振光谱成像系统，由物镜、准直镜、分光光栅、会聚镜A、数字微镜器件(DMD)、会聚镜B、合光光栅、分孔径偏振组件、电荷耦合器件(CCD)和计算机组成。该偏振光谱系统基于DMD的可编程功能控制其编码矩阵所对的码元的反射方向进行光谱分辨率的调制，同时通过分孔径偏振组件进行被测光的偏振态的调制，并采用CCD像元合并的方法进行空间分辨率的调制，最终实现了该新型快照式偏振光谱系统的多维度参数的灵活调制。本发明具有对目标空间分辨率、光谱分辨率和偏振态灵活调制的能力，有助于获取在一定探测条件下的合适的多维度参数组合探测模式，以减小光谱分辨率、空间尺度效应以及大气效应对探测精度的影响。

技术领域

本发明涉及一种多维度参数可调的新型快照式偏振光谱成像系统，是指一种可灵活调制空间和光谱分辨率以及偏振态的偏振光谱成像探测系统。

背景技术

随着遥感科学的发展、遥感应用的深入，近些年涌现出目标多维度信息集成探测的光学遥感仪器，其中典型的一种就是在传统的光谱成像探测系统中加入偏振器件形成偏振光谱成像探测系统，这类偏振光谱成像系统的探测能力主要取决于其光谱分光模式和偏振调制模式。

近些年来，基于计算成像的快照式编码孔径光谱技术作为一种新型的快照式光谱成像技术在遥感成像领域中脱颖而出，已成为国内外光谱成像技术的研究热点。它可以在一次曝光时间内完成光谱数据立方体的采集，通过较少的测量结果就能复原出完整的空间信息、光谱信息，对平台要求低，稳定性高，尤其在数据的传输和存储方面有着巨大的优势。但由于该类系统存在空间和光谱分辨率固化、光谱解混复杂、解算速度慢等问题，目前该技术与实际应用还有一定的距离。如何灵活调制系统的空间、光谱分辨率并使二者得到最优匹配，有效提升光谱解算速度，是该类光谱成像系统得到突破性发展的关键所在。

与此同时，实时偏振成像探测技术也在突飞猛进地发展，目前的实时偏振成像技术均是针对目标反射光的偏振分量进行同步探测，经过数据处理进一步得到目标的偏振度图和偏振角图后，再做目标特性分析。然而，不同的偏振分量信息所蕴含的目标特性并不相同，适用范围和适用环境也有所不同。根据不同类型的目标和不同的天气情况，如何实现目标反射光的不同偏振态的自适应选择探测，是进一步提升实时偏振探测技术在遥感领域的应用价值的技术难点。

综上所述，设计一种可灵活调制空间和光谱分辨率以及偏振态的快照式偏振光谱系统十分必要，以解决快照式编码孔径光谱成像技术和实时偏振探测技术结合其本身存在的固有的问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种多维度参数可调的新型快照式偏振光谱成像系统，该成像系统可以灵活调制空间和光谱分辨率以及偏振态，针对典型地物目标和复杂环境可选取合适的多维参数组合，以提高偏振光谱成像探测能力。

本发明一种新型的多维度参数可调的新型快照式偏振光谱成像系统，其技术解决方案：该系统包括下列部件：

物镜，位于整个成像系统的最前端，用于将视场内的目标成像在其焦平面；

准直镜，位于物镜的后面，其物方焦平面与物镜的像方焦平面重合，对物镜所成的像进行准直，使得光线按照一定的视场和口径平行出射；

分光光栅，位于准直镜的后面，将入射的各视场的平行光进行色散分光；

会聚镜A，位于分光光栅后面，且分光光栅位于其物方焦平面上，使得色散分光后的光线成像于数字微镜器件(DMD，Digital Mirror Device)上；

DMD，位于会聚镜像方焦平面上，由反射微镜阵列组成，通过编程为其加载相应的编码矩阵可以控制各微镜的驱动电压，使各微镜沿各自的对角线进行翻转，从而实现每个微镜上入射光信号的选通或阻断，完成对色散光光谱维度的编码调制；

会聚镜B，位于DMD后面，且其物方焦平面与DMD位置重合，经DMD编码调制后的带有空间和光谱信息的色散光经过会聚镜后到达合光光栅；