一种基于多次像面的光谱成像仪制造技术

一种基于多次像面的光谱成像仪涉及光谱成像仪技术领域，解决了结构相对复杂，体积大、重量大和无法工作于视频成像模式问题，包括依次设置的前置镜组、多通道滤光片和相机一，前置镜组实现对目标成像的功能，多通道滤光片置于前置镜组的N次像面上，将入射到其上的光束分成不同谱段的单色光，不同谱段的单色光入射到相机一上，相机一获取高光谱图像，相机一位于N+M次像面上，N为≥1的整数，M为≥0的整数。本发明专利技术能实时得到高光谱图像、结构简单、体积小型化、成本低、高帧频面阵视频成像实时显示、能同时具有视频和推扫成像模式、具备数字TDI积分能力。用于面阵视频成像和数字TDI推扫成像。

A Spectral Imaging Instrument Based on Multiple Image Surfaces

A spectral imager based on multiple image planes involves the technical field of spectral imager. It solves the problems of relatively complex structure, large volume, heavy weight and inability to work in video imaging mode. It includes a set of front-end mirrors, a multi-channel filter and a camera in turn. The front-end mirror group realizes the function of imaging the target. The multi-channel filter is placed on the N-second image plane of the front-end mirror group and is inserted into the front-end mirror group. The beam on it is divided into monochrome light of different spectral bands. The monochrome light of different spectral bands is incident on the camera. When the camera acquires hyperspectral image, the camera is located on the N+M sub-image plane. N is an integer (> 1) and M is an integer (> 0). The invention has the advantages of real-time hyperspectral image acquisition, simple structure, miniaturization, low cost, real-time display of high frame rate area array video imaging, simultaneous video and push imaging mode, and digital TDI integration capability. Used for area array video imaging and digital TDI push-broom imaging.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多次像面的光谱成像仪
本专利技术涉及光谱成像仪
，具体涉及一种基于多次像面的光谱成像仪。
技术介绍
光谱成像仪广泛而深入的应用于测绘、农作物普查、食品药品检测、安全检查、工业检测、文物鉴定、环境监控、自然灾害评估、矿物勘探、生物医学检测、安防监控以及军事目标预警、识别等领域等方向。目前光谱成像仪往往以航空、航天以及无人机载荷形式进行遥感工作，其体积、重量十分关键，特别是作为航天载荷，难以压缩的体积和重量极大的增加了其发射成本。因此光谱成像仪的小型化、轻量化研究具有十分迫切的需求。目前的光谱成像仪中，常采用传统的光谱分光技术例如棱镜、光栅作为分光器件，其结构相对复杂，成为小型化、轻量化设计的瓶颈，并且其集成于成像光谱仪时，仪器仅能工作于推扫成像模式，无法工作于视频成像模式，因此难以实现对动态目标探测成像。
技术实现思路
为了解决上述的问题，本专利技术提供一种基于多次像面的光谱成像仪。本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基于多次像面的光谱成像仪，包括依次设置的前置镜组、多通道滤光片和相机一，所述前置镜组实现对目标成像的功能，所述多通道滤光片置于前置镜组的N次像面上，将入射到其上的光束分成不同谱段的单色光，不同谱段的单色光入射到所述相机一上，相机一获取高光谱图像，相机一位于(N+M)次像面上，N为大于等于1的整数，M为大于等于0的整数。一种基于多次像面的光谱成像仪的安装方法，包括如下步骤：步骤一、将前置镜组安装在遮光罩上；步骤二、将多通道滤光片装配到遮光罩上且位于N次像面处；步骤三、将相机一装配到遮光罩上且位于(N+M)次像面处，通过单色成像方法调整相机一的焦面位置；步骤四、调整多通道滤光片使多通道滤光片的位置精度和多通道滤光片的光轴垂直度满足要求，将多通道滤光片胶合在遮光罩上；步骤五、以多通道滤光片为基准、在多光谱成像模式下调整的相机一的位置使其达到最佳焦面位置；步骤六、通过单色光谱成像模式监测相机一像元和多通道滤光片上单元通道的对准情况，并通过精密调整机构微调相机一的位置，使得多通道滤光片的单元通道与相机一像元的对准精度小于等于1微米，安装完成。一种基于多次像面的光谱成像仪在面阵视频成像上的应用或在数字TDI推扫成像的应用。本专利技术的有益效果：1、在高光谱通道利用多通道滤光片，再通过相机一获得多个谱段的高光谱图像，能实时得到高光谱图像。2、通过多通道滤光片和相机一对准，实现光谱成像仪的结构简化、体积小型化、成本低、高帧频面阵视频成像实时显示、能同时具有视频和推扫成像模式、具备数字TDI积分能力。3、本专利技术的光谱成像仪为一种具有高时间、高空间和高光谱分辨力的多模式高性能高光谱成像仪。4、一种基于多次像面的光谱成像仪的安装方法所得到的光谱成像仪的精度高，成像效果好。附图说明图1为本专利技术的一种基于多次像面的光谱成像仪的多通道滤光片的结构示意图。图2为本专利技术的一种基于多次像面的光谱成像仪的每个单位阵列的示意图。图3为本专利技术的一种基于多次像面的光谱成像仪的数字TDI高光谱成像模式的积分示意图。图4为本专利技术的一种基于多次像面的光谱成像仪的双通道光路结构图。图5为本专利技术的一种基于多次像面的光谱成像仪的双通道光路示意图。图6为本专利技术的一种基于多次像面的光谱成像仪的遮光罩结构示意图。图7为本专利技术的一种基于多次像面的光谱成像仪的数字TDI全色成像模式的积分示意图。图中：1、前置镜组，2、多通道滤光片，3、中继镜组，4、CMOS相机一，5、分光镜，6、CMOS相机二，7、图像融合装置，8、显示装置，9、LED补光灯，10、遮光罩。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。一种基于多次像面的光谱成像仪，包括依次设置的前置镜组1、多通道滤光片2和相机一。前置镜组1实现对目标成像的功能。多通道滤光片2置于前置镜组1的N次像面上，将入射到其上的光束分成不同谱段的单色光。相机一位于前置镜组1的(N+M)次像面上且获取高光谱图像。N为大于等于1的整数，M为大于等于0的整数。拍摄目标的入射光束入射到前置镜组1，入射光束经前置镜组1汇聚，汇聚到多通道滤光片2上，入射光束经多通道滤光片2分成不同谱段的单色光，所有单色光投射到相机一上完成光谱指纹采样，即获取高光谱图像。在高光谱通道利用设置在N次像面处的多通道滤光片2，再通过设置在(N+M)次相面处的相机一获得多个谱段的高光谱图像，能实时得到高光谱图像。通过多通道滤光片2和相机一对准，能够实现视频/推扫双模式成像，同时具有视频和推扫成像模式，且结构简单、体积小型化、成本低、高帧频面阵视频成像实时显示、具备数字TDI积分能力。本专利技术的光谱成像仪为一种具有高时间、高空间和高光谱分辨力的多模式高性能高光谱成像仪。本专利技术的光谱成像仪可称为视频高光谱成像仪，与传统高光谱成像技术相比，视频高光谱成像技术具有重量轻、体积小、结构简单、稳定度高等优势，更具备了高帧频、凝视成像以及单次曝光可以获取多个波段数据等能力。M>0时，光谱成像仪还包括中继镜组3，中继镜组3位于多通道滤光片2和相机一之间，经由多通道滤光片2所分成不同谱段的单色光，经由中继镜组3作用后入射到相机一上。中继镜组3将N次像面聚焦于(N+M)次像面上。M等于0时，多通道滤光片2和相机一位于同一次像面上，多通道滤光片2和相机一之间不设置中继镜组3，多通道滤光片2贴在相机一的镜头上。N>1时，则在前置镜组1和多通道滤光片2设置调整镜组，入射光束镜前置镜组1汇聚并传输至调整镜组，调整镜组将入射到其上的光束汇聚到N次像面，即汇聚到N次像面上的多通道滤光片2上，经多通道滤光片2分成不同谱段的单色光。若此时M不等于0，则所有单色光传输至中继镜组3，经中继镜组3作用后，投射到位于(N+M)次像面的相机一上完成光谱指纹采样，即获取高光谱图像。若N＝1，前置镜组1和多通道滤光片2之间不设置调整镜组。上述中继镜组3可以使用透射式中继镜组也可以使用反射式中继镜组。本实施方式和下述实施方式中，将N取值1，M也取值1，即多通道滤光片2位于一次相面上，相机一位于二次相面上，图4和图5中N＝1、M＝1。上述相机一采用CMOS相机一4，视频高光谱成像仪以多通道滤光片2(又称像元级滤光片)为主要分光手段，在多通道滤光片2上形成多个高光谱通道。该光谱成像仪采用多通道滤光片2分光，多通道滤光片2设计成A×A的阵列区域(A为正整数)，单位阵列中各单元通道通过不同的镀膜实现分光，当光线入射到多通道滤光片2时，经过不同单元通道的光出射为不同波长，从而得到不同的窄带准单色光。根据高光谱成像需求设计单位阵列中的通道数量m；根据CMOS相机一4像元大小设计通道尺寸；根据单位阵列中的通道数量m和CMOS相机一4像元数量n确定多通道滤光片2中阵列数量P，P≈n÷m，每个阵列中的通道数量和通道谱段均相同。n＝100，本实施方式中多通道滤光片2采用如图1所示的25×25的多通道滤光片2，图中的“BAND”表示波带，BAND1～BA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多次像面的光谱成像仪，其特征在于，包括依次设置的前置镜组(1)、多通道滤光片(2)和相机一，所述前置镜组(1)实现对目标成像的功能，所述多通道滤光片(2)置于前置镜组(1)的N次像面上，将入射到其上的光束分成不同谱段的单色光，不同谱段的单色光入射到所述相机一上，相机一获取高光谱图像，相机一位于(N+M)次像面上，N为大于等于1的整数，M为大于等于0的整数。

【技术特征摘要】
1.一种基于多次像面的光谱成像仪，其特征在于，包括依次设置的前置镜组(1)、多通道滤光片(2)和相机一，所述前置镜组(1)实现对目标成像的功能，所述多通道滤光片(2)置于前置镜组(1)的N次像面上，将入射到其上的光束分成不同谱段的单色光，不同谱段的单色光入射到所述相机一上，相机一获取高光谱图像，相机一位于(N+M)次像面上，N为大于等于1的整数，M为大于等于0的整数。2.如权利要求1所述的一种基于多次像面的光谱成像仪，其特征在于，所述多通道滤光片(2)的单元通道与相机一像元的对准精度小于等于1微米。3.如权利要求1所述的一种基于多次像面的光谱成像仪，其特征在于，所述N>1时，所述光谱成像仪还包括位于前置镜组(1)和多通道滤光片(2)之间的调整镜组，目标的入射光束经前置镜组(1)汇聚后传输至调整镜组，调整镜组将入射其上的光束汇聚到多通道滤光片(2)上。4.如权利要求1所述的一种基于多次像面的光谱成像仪，其特征在于，所述M>0时，所述光谱成像仪还包括中继镜组(3)，中继镜组(3)位于多通道滤光片(2)和相机一之间，经多通道滤光片(2)所分成不同谱段的单色光经由中继镜组(3)入射到相机一上。5.如权利要求1所述的一种基于多次像面的光谱成像仪，其特征在于，还包括分光镜(5)和相机二；所述分光镜(5)设置在前置镜组(1)和多通道滤光片(2)之间，目标的入射光束经前置镜组(1)汇聚传输至分光镜(5)上，分光镜(5)将入射光束分成透射光和反射光，透射光依次传输至多通道滤光片(2)和相机一，相机一获取高光谱图像，反射光传输至相机二，相机二获取全色图像。6.如权利要求5所述的一种基于多次像面的光谱成像仪，其特征在于，还包括图像融合装置(7)和连接图像融合装...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡长虹，韩诚山，薛旭成，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22