一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪制造技术

本发明专利技术公布了一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪，包括电控带通滤光片、光学成像镜头、自适应微透镜阵列传感器、色散自适应成像控制器、图像采集与处理终端。本发明专利技术可以在光谱成像系统光谱图像时序扫描的同时，获取每个光谱图像的空间频率光场信息，实现先曝光成像后对焦的数字变焦功能、并进行自适应消色散提高数字变焦性能，最大程度上消除了大范围光谱扫描带来的色散影响，最大限度上保证了复杂地形地貌光谱图像信息的获取，在对复杂地形地貌进行遥感探测时，可以获得更加清晰和图像信息和更加准确的光谱信息，拓展现有光谱成像仪的主要功能与应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪
本专利技术涉及光谱成像
，具体是指一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪。
技术介绍
光谱成像系统可同时获取目标的图像和光谱信息，是一种“性能完备”、图谱合一的光学传感器，目前的光谱成像仪已经可以实现可调波段多、光谱分辨率强和空间分辨率高等优点，适宜应用于凝视成像的机载、星载等遥感领域，为相关部门提供矿产资源勘察、生物医学诊断、农业病虫害监测等的新型技术手段。然而在实际的遥感应用中，由于遥感对象的地形地貌分布不均匀，为了获得清晰的遥感图像，需要根据地形地貌进行变焦操控。在基于带通滤光片的光谱成像技术中，光谱信息是通过带通滤光片进行时序扫描，与需要时间控制的变焦操控存在较大的冲突。目前的光谱成像系统在对复杂地形地貌进行遥感时，存在清晰度低、失真、以及大范围光谱成像带来的色散影响的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪，实现先曝光成像后对焦、并消色散的光谱成像功能，达到在对复杂地形地貌进行遥感探测时，可以获得更加清晰和图像信息和更加准确的光谱信息，拓展现有光谱成像仪的主要功能与应用范围的目的。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪，其特征在于包括：电控带通滤光片：待测物体的光线经过电控带通滤光片的滤光作用后，送入到光学成像镜头；光学成像镜头：用于将接收到的待测物体的光线转换成光学图像并输送到自适应微透镜阵列传感器；自适应微透镜阵列传感器：来自待测物体的光线依次经过电控带通滤光片、光学成像镜头到达自适应微透镜阵列传感器的焦平面，自适应微透镜阵列传感器采集最终光谱图像对应的空间像素提供对应的空间频率光场信息，并传输给图像采集与处理终端；色散自适应成像控制器：实时采集电控带通滤光片的扫描谱段，通过电控方式调整自适应微透镜阵列传感器的焦距，然后持续输出序列光谱图像至图像采集与处理终端；图像采集与处理终端：在保持序列光谱图像记录与处理的同时，提取每个光谱图像像素的所有空间频率光场信息，通过优化整合每个光谱图像像素中的不同空间频率的光场信息，并进行计算获得光谱图像的数字变焦功能，最终对序列光谱图像进行处理以及三维空间显示。本专利技术的光谱成像仪，待测物体发出的光线经过电控带通滤光片的滤光作用后，送入到光学成像镜头进行光学成像，然后将光学成像的图像经过自适应微透镜阵列传感器进行图像信息的采集，同时获得待测物体的空间图像信息和每个像素的光场信息，传输给图像采集与处理终端，图像处理终端利用每个像素的光场信息进行数字变焦操控，可以在一次曝光采集的光谱成像数据中实现对不同距离处物体清晰图像的提取。这种方法在不影响时序光谱成像功能的同时，利用简单的数字图像处理功能和微透镜阵列传感器提供的光场光谱图像信息，实现了一次曝光成像后的数字变焦操控，提升了光谱成像系统对复杂地貌、远近物体清晰光谱成像的功能；同时由于采用了自适应微透镜阵列传感器，在大光谱范围的光谱成像应用中，由于采用色散校正，从而可以对不同距离处物体通过数字变焦获取清晰图像。本专利技术采用自适应微透镜阵列传感器来进行图像信息的分解，将光学镜头对焦范围外的图像信息进行了像素的提升，可以在光谱成像系统光谱图像时序扫描的同时，获取每个光谱图像的空间频率光场信息，实现先曝光成像后对焦的数字变焦功能、并进行自适应消色散提高数字变焦性能，这种基于微透镜阵列传感器的光谱成像仪在遥感应用时不需要进行光学镜头变焦操控、同时在大范围光谱扫描时消除色散对数字变焦的影响；克服了现有技术中的操控矛盾，而且基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦型光谱成像系统，可以应用于复杂地形地貌的光谱成像遥感应用，最大程度上消除了大范围光谱扫描带来的色散影响，最大限度上保证了复杂地形地貌光谱图像信息的获取，既保障了光学镜头对焦区域外图像信息的清晰度，又保障了光谱信息的准确性，可以实现先曝光成像后对焦、并消色散的光谱成像功能，在对复杂地形地貌进行遥感探测时，可以获得更加清晰和图像信息和更加准确的光谱信息，拓展现有光谱成像仪的主要功能与应用范围。所述自适应微透镜阵列传感器包括自适应微透镜阵列和面成像探测器，光学成像镜头与面成像探测器相对于自适应微透镜阵列形成共轭。具体的讲，通过将光学成像镜头与面成像探测器相对于自适应微透镜阵列形成共轭，即光学成像镜头位于自适应微透镜阵列的物平面上，面成像探测器位于自适应微透镜阵列的像平面上；自适应微透镜阵列上单元微透镜的尺寸与分布，将面成像探测器分割为与单元自适应微透镜一一对应的区域，接收最终通过带通滤光片和自适应微透镜阵列的成像光线；与单元自适应微透镜一一对应的探测器子区域构成最终图像的一个像素，同时该子区域记录该位置的所有空间频率光场信息；所述的色散自适应成像控制器，实时采集电控带通滤光片的扫描谱段，通过电控方式调整自适应微透镜阵列的焦距，然后持续输出序列光谱图像至图像采集与处理终端；所述的图像采集与处理终端在记录序列光谱图像的同时，记录每个物空间的光场信息，根据光场信息可以对记录的序列光谱图像进行数字变焦，从而获得清晰的复杂地形地貌图像，并实现更加准确的光谱信。所述自适应微透镜阵列的微透镜单元数目为M*N，M与N均为自然数。将自适应微透镜阵列其微透镜单元数目为M*N，和传统面成像探测器其像素数目为KM*KN，结合形成新型面成像探测器，该面成像探测器在记录原有光谱图像信息的同时，其光谱图像空间分辨率为M*N，还可以记录每个光谱图像像素的空间频率光场信息，即该光场信息由面成像探测器的每个K*K阵列的子区记录，利用这种新型传感器可以实现数字变焦功能；利用自适应微透镜阵列的电控可变焦性能，可以在大范围光谱扫描的光谱成像时，消除微透镜阵列传感器的带来的色散影响。所述的自适应微透镜阵列为液晶自适应微透镜阵列。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1本专利技术一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪，采用自适应微透镜阵列传感器来进行图像信息的分解，同时获得空间图像信息和每个像素的光场信息，实现不同距离处物体的清晰数字成像；可以在光谱成像系统光谱图像时序扫描的同时，获取每个光谱图像的空间频率光场信息，实现先曝光成像后对焦的数字变焦功能、并进行自适应消色散提高数字变焦性能，这种基于微透镜阵列传感器的光谱成像仪在遥感应用时不需要进行变焦操控、同时在大范围光谱扫描时消除色散对数字变焦的影响；克服了现有技术中的操控矛盾，而且基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦型光谱成像系统，可以应用于复杂地形地貌的光谱成像遥感应用，最大程度上消除了大范围光谱扫描带来的色散影响，最大限度上保证了复杂地形地貌光谱图像信息的获取，既保障了图像信息的清晰度，又保障了光谱信息的准确性，可以实现先曝光成像后对焦、并消色散的光谱成像功能，在对复杂地形地貌进行遥感探测时，可以获得更加清晰和图像信息和更加准确的光谱信息，拓展现有光谱成像仪的主要功能与应用范围；2本专利技术一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪，光学成像镜头与面成像探测器相对于自适应微透镜阵列形成共轭，即光学成像镜头位于自适应微透镜阵列的物平面上，面成像探测器位于自适应微透镜阵列的像平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪，其特征在于包括：电控带通滤光片（2）：待测物体（1）的光线经过电控带通滤光片（2）的滤光作用后，送入到光学成像镜头（3）；光学成像镜头（3）：用于将接收到的目标光源转换成光学图像并输送到自适应微透镜阵列传感器（4）；自适应微透镜阵列传感器（4）：来自待测物体（1）的光线依次经过电控带通滤光片（2）、光学成像镜头（3）到达自适应微透镜阵列传感器（4）的焦平面，自适应微透镜阵列传感器（4）采集最终光谱图像对应的空间像素提供对应的空间频率光场信息，并传输给图像采集与处理终端（5）；色散自适应成像控制器（9）：实时采集电控带通滤光片的扫描谱段，通过电控方式调整自适应微透镜阵列传感器（4）的焦距，然后持续输出序列光谱图像至图像采集与处理终端（5）；图像采集与处理终端（5）：在保持时序光谱图像记录与处理的同时，提取每个光谱图像像素的所有空间频率光场信息，通过优化整合每个光谱图像像素中的不同空间频率的光场信息，并进行计算获得光谱图像的数字变焦功能，最终对时序光谱图像进行处理以及三维空间显示。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应微透镜阵列传感器的数字变焦光谱成像仪，其特征在于包括：电控带通滤光片（2）：待测物体（1）的光线经过电控带通滤光片（2）的滤光作用后，送入到光学成像镜头（3）；光学成像镜头（3）：用于将接收到的待测物体（1）的光线转换成光学图像并输送到自适应微透镜阵列传感器（4）；自适应微透镜阵列传感器（4）：来自待测物体（1）的光线依次经过电控带通滤光片（2）、光学成像镜头（3）到达自适应微透镜阵列传感器（4）的焦平面，自适应微透镜阵列传感器（4）采集最终光谱图像对应的空间像素提供对应的空间频率光场信息，并传输给图像采集与处理终端（5）；色散自适应成像控制器（9）：实时采集电控带通滤光片的扫描谱段，通过电控方式调整自适...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祥杰，沈志学，段佳著，曾建成，乔冉，黄立贤，骆永全，王海峰，刘海涛，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51