[发明专利]稀疏孔径压缩计算关联飞行时间四维光谱成像系统及方法

摘要

本发明涉及一种稀疏孔径压缩计算关联飞行时间四维光谱成像系统，包括脉冲光源发射单元、扩束透镜、第四准直透镜、随机光学调制单元、全反射镜、偏振光分束器、第一透镜、束斑合成单元、稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束反射单元、光扩束准直单元、光谱分光单元、会聚收光单元、线阵光探测器、飞行时间相关单元和压缩计算关联算法模块；其中，所述稀疏孔径单元包括至少三个子望远镜透镜，所述自由空间准直单元包括至少三个准直透镜，所述光束反射单元包括至少三个反射镜组；一子望远镜透镜、一准直透镜、一反射镜组形成一条光路；所述飞行时间相关单元包括脉冲宽度调节单元、可调延迟单元和同步信号源。

主权项

一种稀疏孔径压缩计算关联飞行时间四维光谱成像系统，其特征在于，包括脉冲光源发射单元（20）、扩束透镜（19）、第四准直透镜（18）、随机光学调制单元（17）、全反射镜（16）、偏振光分束器（15）、第一透镜（14）、束斑合成单元（13）、稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束反射单元、光扩束准直单元（21）、光谱分光单元（22）、会聚收光单元（23）、线阵光探测器（24）、飞行时间相关单元和压缩计算关联算法模块（25）；其中，所述稀疏孔径单元包括至少三个子望远镜透镜，所述自由空间准直单元包括至少三个准直透镜，所述光束反射单元包括至少三个反射镜组；一子望远镜透镜、一准直透镜、一反射镜组形成一条光路；所述飞行时间相关单元包括脉冲宽度调节单元（28）、可调延迟单元（27）和同步信号源（26）；所述同步信号源（26）同步发出两路信号，一路信号为所述脉冲光源发射单元（20）提供触发信号，另一路则通过所述可调延迟单元（27）、脉冲宽度调节单元（28）为所述线阵光探测器（24）的各个通道提供相同的门控信号；所述脉冲光源发射单元（20）经所述同步信号源（26）所发出的触发信号的触发下发射脉冲光，所发射的脉冲光经所述扩束透镜（19）扩束、第四准直透镜（18）准直后照射到所述随机光学调制单元（17），所述随机光学调制单元（17）根据调制散斑光场对光进行随机调制，然后依次通过所述全反射镜（16）、偏振光分束器（15）将调制后的光反射到所述第一透镜（14）；接着依次通过所述束斑合成单元（13）、光束反射单元、自由空间准直单元以及稀疏孔径单元传播到待测物体；待测物体反射所接收到的光，通过所述稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束反射单元反向传播，到达所述束斑合成单元（13），在所述束斑合成单元（13）上实现稀疏孔径直接成像，然后通过第一透镜（14）将稀疏孔径直接成像映射到所述偏振光分束器（15）；所述偏振光分束器（15）将所接收的光反射到所述光扩束准直单元（21），光经扩束准直后照射到光谱分光单元（22），分光后的光谱通过所述会聚收光透镜单元（23）聚焦到所述线阵光探测器（24），在所述同步信号源（26）所发出的门控信号的控制下所述线阵光探测器（24）中的各个通道分别采集不同波长的光信号，输出测量数向量组；所述随机光学调制单元（17）中的阵列单元每调制一次，同步信号源（26）记录下每次线阵光探测器（24）上光子到达时间，将其作为时间戳信息，并通过所述可调延迟单元（27）为线阵光探测器（24）的各通道加载与先后两束聚集光子团到达时间的间隔等长的延迟信号，以控制所述线阵光探测器（24）各通道门控信号的延迟到达，在该延迟时间间隔内各通道累计探测到达的所有光强，实现光电信号采集和AD转换，然后将测量数向量组打上相应时间戳信息的记号，输入到所述压缩计算关联算 法模块（25）；所述压缩计算关联算法模块（25）计算出所述随机光学调制单元（17）上的调制散斑光场自由空间传播到物面上的光场分布，以得到最终测量矩阵，并根据所述时间戳信息、最终测量矩阵、测量数向量组与各通道所对应的波长信息，通过压缩计算关联算法重构反射物体的四维图像。