一种适用于大视场凝视型光谱成像系统的成像方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于大视场凝视型光谱成像系统的成像方法。初级同心球镜获取大视场范围、残余像差分布均匀的球面中间像，经不同成像通道的次级中继成像光学系统进行视场细分、残余像差校正并二次成像于像面处的微透镜阵列上，微透镜阵列对光学像进行视场细分，每一个微透镜单元代表一个视场采样点；光线经过微透镜阵列后继续传播，在每一个微透镜后均形成一个滤光片阵列的光瞳像；提取每个光瞳像中对应滤光片单元位置处的像素即组成一幅窄带光谱图；将不同成像通道获取的窄带光谱图进行拼接融合即获取大视场的窄带光谱图。本发明专利技术采用级联式、多通道分视场结构的大视场凝视型光谱成像系统，通过一次曝光就能获取大视场范围内空间信息和光谱信息。内空间信息和光谱信息。内空间信息和光谱信息。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大视场凝视型光谱成像系统的成像方法


[0001]本专利技术涉及一种通过一次曝光就能获取大视场范围内空间信息和光谱信息的光谱成像方法，为一种大视场凝视型光谱成像系统的成像方法。

技术介绍

[0002]传统的光谱成像技术主要通过前置物镜将物方场景成像在入射狭缝处，由入射狭缝分割得到狭缝像，狭缝像经过分光成像系统色散并二次成像于探测器上，这种方式一次曝光所采集到的信息仅包含一维狭缝像的光谱信息和空间信息，需要经过一定时间的推扫才能采集到完整的三维数据立方体，因此缺乏实时性，难以应用在物方场景显著变化的领域。凝视型光谱成像技术通过将三维数据立方体划分为多个二维数据集，并在二维探测器上同时收集，再通过数据处理将二维数据集重新组合为三维数据立方体，因此仅通过一次曝光周期就能获取三维数据立方体，具有抗干扰能力强、成像速度快的优点，近年来得到快速发展，但由于几何像差随光学系统视场增大而急剧增加，现有凝视型光谱成像系统难以完成实现大视场成像。由于凝视型光谱成像系统在空间探测、航空航天遥感、医学检测等领域应用广泛，大视场凝视型光谱成像技术已经成为当下的迫切需求。
[0003]在本专利技术作出之前，文献“光场多光谱相机像方远心镜头光学设计（doi：10.5768/JAO202041.0305003）”公开了一种凝视型光谱成像系统，由于几何像差限制，其成像视场仅为15.52
°
，难以满足大视场凝视光谱成像的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种具有视场大、全视场内空间分辨率一致、成像性能好的光谱成像方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是提供一种大视场凝视型光谱成像系统的成像方法，包括如下步骤:（1）初级同心球镜获取一个大视场目标物的带有均匀像差的中间像；所述的初级同心球镜为四片胶合的球面透镜结构，以各球面透镜的球心为中心，呈全对称分布，沿光线入射方向，依次为第一片负透镜，第一片正透镜，第二片负透镜，第二片正透镜；（2）步骤（1）得到的中间像经多通道分视场的次级中继成像光学系统阵列，对含有剩余像差的中间像面进行视场细分、残余像差校正并成像于微透镜阵列上；微透镜阵列对得到的光学像进行采样，一个微透镜单元为一个视场采样点；所述次级中继成像光学系统的单个通道结构为：沿光线入射方向，依次为第三片正透镜，第四片正透镜，第三片负透镜，第四片负透镜，滤光片阵列，第六片正透镜，第五片负透镜；所述第四片正透镜的后表面与第三片负透镜的前表面胶合；所述滤光片阵列的孔径为正方形，位于次级中继成像光学系统的孔径光阑处；所述微透镜阵列位于次级中继成像光学系统的像面处；（3）光线经微透镜阵列传播后，再在设置于微透镜阵列焦平面处的探测器上形成滤光片阵列的光瞳像，探测器与微透镜阵列之间的距离为微透镜单元的焦距；
（4）提取每个滤光片光瞳像中相应滤光片单元位置处的信息，构成一幅窄带光谱图；将不同成像通道的小视场窄带光谱图进行拼接融合，得到大视场、空间分辨率一致的窄带光谱图。
[0006]与现有技术相比，本专利技术提供的大视场凝视型光谱成像系统的成像方法的有益效果是：1.本专利技术提供的光谱成像方法采用级联多通道分视场结构，由初级同心球镜、次级中继成像光学系统阵列、微透镜阵列和探测器组成，具有视场大的优点，可一次性的，快速的完成大视场范围光谱成像，具有很强的实时性。
[0007]2.本专利技术提供的大视场凝视型光谱成像系统的成像方法，充分利用初级同心球镜成像视场大、残余像差分布均匀的特点，实现大视场范围成像的同时保证了视场各处空间分辨率一致，成像性能好。
附图说明
[0008]图1是本专利技术实施例提供的大视场凝视型光谱成像系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的大视场凝视型光谱成像系统的单个成像通道的光学结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的大视场凝视型光谱成像系统中滤光片阵列的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的大视场凝视型光谱成像系统中单个成像通道的光谱成像仿真实验结果。
[0009]图中，1.初级同心球镜，2.中间像面，3.次级中继成像光学系统；4.微透镜阵列，5.探测器，11.第一片负透镜，12.第一片正透镜，13.第二片负透镜，14.第二片正透镜；31.第三片正透镜，32.第四片正透镜，33.第三片负透镜，34.第四片负透镜，35.滤光片阵列，36.第六片正透镜，37.第五片负透镜。
具体实施方式
[0010]下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步的具体阐述。
[0011]实施例1：本实施例提供一种大视场的、全视场内空间分辨率一致、级联多通道分视场结构的凝视型光谱成像系统，工作于可见光波段487nm～655nm，它的全视场角为100
°
，F数为3。
[0012]参见附图1，它是本实施例提供的大视场凝视型光谱成像系统的光学结构示意图；初级同心球镜1采用全胶合同心对称设计，在中间像面2获取一个大视场的中间像，次级中继成像光学系统3对中间像进行视场细分、精确像差校正后成像于微透镜阵列4处，光线经过微透镜阵列后继续传播，在微透镜阵列焦平面处的探测器5上形成一个滤光片阵列的光瞳像光瞳像阵列；提取每个光瞳像中对应滤光片单元位置处的像素即组成一幅窄带光谱图，将不同成像通道获取的窄带光谱图进行拼接融合即获取大视场范围的、空间分辨率一致的窄带光谱图。
[0013]参见附图2，它是本实施例提供的大视场凝视型光谱成像系统的单个成像通道的光学结构示意图。
[0014]初级同心球镜的结构为四片胶合的球面透镜结构，以各球面透镜的球心为中心，呈全对称分布，沿光线入射方向，依次为第一片负透镜11，第一片正透镜12，第二片正透镜13，第二片负透镜14。
[0015]次级中继成像光学系统的结构为：沿光线入射方向，依次为第三片正透镜31，第四片正透镜32，第三片负透镜33，第四片负透镜34，滤光片阵列35，第六片正透镜36，第五片负透镜37；所述第四片正透镜32后表面与第三片负透镜33前表面胶合；所述滤光片阵列35的孔径为正方形，位于次级中继成像光学系统的孔径光阑处；所述第六片正透镜36的后表面为偶次非球面，所述第五片负透镜37的后表面为偶次非球面。
[0016]本实施例提供的大视场凝视型光谱成像系统对应各光学原件的设计参数如下：沿光线入射方向，第一片负透镜11前表面曲率半径为52.63mm，第一片球面负透镜后表面曲率半径为29.06mm，第一片正透镜12前表面曲率半径为29.06mm，第一片正透镜12后表面曲率半径为无穷大，第二片正透镜13前表面曲率半径为无穷大，第二片球面正透镜13后表面曲率半径为
‑
29.06mm，第二片负透镜14前表面半径为
‑
29.06mm，第二片负透镜14后表面半径为
‑
52.63mm，第三片正透镜31前表面半径为22.53mm，第三片正透镜31后表面半径为696.35mm，第四片正透镜32前表面半径为16.09mm，第四片正透镜32后表面半径为<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大视场凝视型光谱成像系统的成像方法，其特征在于包括如下步骤:步骤1，初级同心球镜（1）获取一个大视场目标物的带有均匀像差的中间像；所述的初级同心球镜为四片胶合的球面透镜结构，以各球面透镜的球心为中心，呈全对称分布，沿光线入射方向，依次为第一片负透镜（11），第一片正透镜（12），第二片负透镜（13），第二片正透镜（14）；步骤2，步骤1得到的中间像经多通道分视场的次级中继成像光学系统阵列，对含有剩余像差的中间像面进行视场细分、残余像差校正并成像于微透镜阵列上；微透镜阵列对得到的光学像进行采样，一个微透镜单元为一个视场采样点；所述次级中继成像光学系统的单个通道（3）结构为：沿光线入射方向，依次为第三片正透镜（31），第四片正透镜（32...

【专利技术属性】
技术研发人员：季轶群，曾晨欣，谭奋利，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：