一种大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法
【专利摘要】本发明涉及一种大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，当探测器光谱维行数不能满足系统设计对干涉图采样点数要求时，可通过在像面之前设置反射镜面用以在光谱方向分割像面，用N个探测器(N≥2)分别采集转换干涉图；当仪器推扫成像时，将多个探测器的干涉图图像在多帧数据间排序拼接，获得满足数据处理要求的干涉图像。本发明解决了探测器面阵规格不能满足高光谱分辨率要求的技术问题。
【专利说明】一种大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光谱成像技术，尤其涉及一种干涉光谱成像技术。
【背景技术】
[0002]光谱成像技术融合了光谱技术与成像技术，同时获得目标的几何特性与辐射特性，实现目标特性的综合探测与识别。随着空间遥感应用对目标特性的精细识别要求的不断提高，光谱成像仪器的光谱分辨率、空间分辨率指标不断提升。
[0003]应用于空间遥感的光谱成像技术主要有色散型和干涉型两种技术原理。干涉光谱成像技术具备高灵敏度、高光谱分辨率与高通量的特点，能满足高空间分辨率和高光谱分辨率要求。
[0004]大孔径静态干涉光谱成像技术对无穷远目标干涉成像，无狭缝和运动部件，一次成像获得视场内两维地物目标的不同光程差干涉信息；通过飞行器平台飞行推扫获得同一地物目标各个光程差干涉信息，经过多帧成像后可获得连续地物目标的各个光程差干涉信息，再经光谱复原后获得光谱信息。因此，大孔径静态干涉光谱成像原理能量利用率高于空间调制型静态干涉光谱成像原理，使用大面阵光电探测器，一次曝光获得不同地物目标不同光程差的干涉图。
[0005]根据大孔径干涉光谱成像技术原理，为达到高光谱分辨率指标要求，需要在光谱方向增加采样点数，使得探测器面阵规格成为制约光谱分辨率提高的瓶颈，限制了大孔径高光谱分辨率干涉光谱成像仪应用。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提供一种大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其解决了【背景技术】中探测器面阵规格不能满足高光谱分辨率要求的技术问题。
[0007]本发明的技术解决方案是:
[0008]该大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，包括以下步骤:
[0009]I]将目标信号分成两束完全相干的光线，然后对两束光线进行干涉成像处理，产生目标干涉信号；所述目标干涉信号为光谱信息的逆傅里叶变换信号；目标干涉信号是以零光程差位置为中心分别对应不同视场角目标的不同光程差干涉信号；
[0010]2]利用经步骤I处理所得的目标干涉信号生成干涉图像；
[0011]3]将步骤2生成的干涉图像沿光谱方向分割成N个干涉图子图，N为像面分割数，N为自然数且N彡2 ；
[0012]4]分别采集经步骤3处理所得的干涉图子图，采集干涉图光谱方向上不同区域的子图，利用大孔径静态干涉图像中不同位置图像对应相应视场角目标一定光程差时干涉强度的特性，通过设置重叠并经过图像配准后，在多帧图像之间拼接后得到满足光谱信息处理要求的干涉图。
[0013]上述步骤I中将目标信号分成两束完全相干的光线是采用分束器完成。
[0014]上述步骤I中对两束光线进行干涉成像处理是采用光谱成像仪完成。光谱成像仪光谱范围决定干涉图采样最大光程差范围。
[0015]上述步骤2中生成干涉图像是通过光电探测器完成。
[0016]上述步骤3中将干涉图像沿光谱方向分割成N个子图是通过在干涉图像面位置附近设置N个反射镜面完成，像面分割数N优选为2、3或其他整数，视具体指标和探测器规格确定。
[0017]上述步骤4中分别采集干涉图子图是利用N个光电探测器对N个干涉图子图单独米集。
[0018]上述分束器为横向剪切分束器或角剪切分束器；横向剪切分束器包括SAGNAC分束器、双角反射体分束器、基于Savart偏光镜的双折射型分束器；角剪切分束器包括基于Wollaston棱镜的双折射角分束器。
[0019]本发明具有如下优点:
[0020]1、极大的降低了对光电探测器光谱维面阵规格的要求。本发明采用干涉图拼接技术，采用N个探测器分别采集干涉图不同部分，N倍降低了对光电探测器光谱维行数规格的要求。
[0021]2、本发明应用于大孔径静态干涉光谱成像仪后，可以使得光谱分辨率大幅提高，有效的克服现有光谱成像仪光谱分辨率受光电探测器面阵规格制约的现状。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为大孔径静态干涉光谱成像仪原理说明图；
[0023]图2为大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图分割原理说明图；
[0024]图3(a)为大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图分割原理说明的像面未分割时干涉图；
[0025]图3(b)为大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图分割原理说明的像面未分割时采样区间示意图；
[0026]图3(c)为大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图分割原理说明的像面分割位置示意图；
[0027]图3(d)为大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图分割原理说明的像面分割后干涉图采集区间示意图；
[0028]图4为大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图拼接原理说明图；
[0029]附图标记说明:
[0030]I一前置成像镜，2一准直镜，3一SAGNAC干涉仪，4一傅里叶成像镜，5一干涉图，6一探测器，7—像面分割反射镜，8—第一探测器，9一第二探测器。
【具体实施方式】
[0031]本发明的原理是:该大孔径静态干涉光谱成像仪的干涉图光学拼接方法，当探测器光谱维行数不能满足系统设计对干涉图采样点数要求时，可通过在像面之前设置反射镜面用以在光谱方向分割像面，用N个探测器(N32)分别采集转换干涉图；当仪器推扫成像时，将多个探测器的干涉图图像在多帧数据间排序拼接，获得满足数据处理要求的干涉图像。
[0032]该大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，包括以下步骤:
[0033]I]将目标信号分成两束完全相干的光线，然后对两束光线进行干涉成像处理，产生目标干涉信号；所述目标干涉信号为光谱信息的逆傅里叶变换信号；目标干涉信号是以零光程差位置为中心分别对应不同视场角目标的不同光程差干涉信号；
[0034]2]利用经步骤I处理所得的目标干涉信号生成干涉图像；
[0035]3]将步骤2生成的干涉图像沿光谱方向分割成N个干涉图子图，N为像面分割数，N为自然数且N彡2 ；
[0036]4]分别采集经步骤3处理所得的干涉图子图，采集干涉图光谱方向上不同区域的子图，利用大孔径静态干涉图像中不同位置图像对应相应视场角目标一定光程差时干涉强度的特性，通过设置重叠并经过图像配准后，在多帧图像之间拼接后得到满足光谱信息处理要求的干涉图。
[0037]本发明的【具体实施方式】如下:
[0038]大孔径静态干涉光谱成像仪光谱分辨率指标为180谱段，仪器光谱范围为
0.45um?0.90um。在上述指标下，波数分辨率为61.729CHT1，最大光程差为0.0081cm ;根据奈奎斯特采样定理，仪器采样间隔为2.25X 10-5cm,因此单边采样时需要光电探测器光谱维行数为360 ;为保证光谱数据处理精度需进行干涉图过零采样，过零量取15%时为54行；同时为避免出现欠采样，取15%的过采样，对应为54行采样点数。因此仪器指标要求在单边过零采样时光电探测器光谱维行数为468行。
[0039]当实际光电探测器光谱维最大行数为256行时，不能满足180谱段光谱分辨率指标对采样点数的要求。通过本发明采用的光学拼接方法，用2片光电探测器进行光学拼接，I片探测器采集256个采样点，另I片探测器采集222个采样点，每次曝光可获得276个采样点,通过多帧抽取获得系统指标要求的468个采样点。
[0040]图1为大孔径静态干涉光谱成像仪原理说明，其中干涉仪为SAGNAC型横向剪切干涉仪，通过剪切成像在探测器上获得干涉图。图2为大孔径静态干涉仪干涉图分割原理说明，在原像面位置之前设置像面分割镜面7，使得干涉图分割为2部分，分别被第一探测器8和第二探测器9接收。
[0041]图3(a)为大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图分割原理说明的像面未分割时干涉图；系统设计要求光谱维有468个采样点，如图3(b)所示需采集AB之间414个采样点，力口上AC之间54个过零采样点后，共需采集BC之间共468个采样点。
[0042]在单片探测器光谱维最大采样点数为256时，可在图3(c)所示D处设置分割反射面，CD间距设置为10个采样点，是为避免采样起始点C距离分割线过近而影响像质。因此如图3(d)所示，第一探测器采集CE之间共256个采样点数据；将EB区间的对称位置向零光程差位置A扩展10个像元后得到区间FG，共222个采样点作为第二探测器的采样区间。此时，2个探测器共采样478个采样点，FG之间向零光程差位置A扩展的10个像元用来进行图像配准修正。
[0043]如上所述，2片探测器采集区间如图4所示，分别为CE、FG。对星下点A成像时，获得视场内地物目标ClEl和FlGl干涉信息，相对采样区间CB缺少ElBl之间地物目标干涉信息。当飞行器平台向右飞行，第一探测器经过η帧曝光后(η对应于FlEl之间像元数394)第二探测器的同一时刻曝光数据中第一行数据F2对应地物El之前10个像元的地物，经过10帧曝光后干涉图中F2G2对应的干涉信息包含El位置干涉信息；再经过2m帧曝光后(m对应于ElBl之间像元数212)，获得地物目标ElBl之间212行干涉信息。将第二探测器的212帧图像数据中对应地物ElBl的干涉信息抽取排序后，得到图3 (d)中干涉图EB部分，与第一探测器获得的干涉图CE部分256个采样数据拼接，共得到468个干涉图采样点数据，供后续光谱复原处理。
[0044]因此，通过用2个分割面进行分割拼接后，实现了用光谱方向面阵规格256的两片探测器拼接成像，满足光谱通道数180的采样要求，而单片光谱方向256元的探测器，最大能满足该谱段范围内光谱通道数120的采样点数要求。
【权利要求】
1.一种大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其特征在于: 1]将目标信号分成两束完全相干的光线，然后对两束光线进行干涉成像处理，产生目标干涉信号；所述目标干涉信号为光谱信息的逆傅里叶变换信号；目标干涉信号是以零光程差位置为中心分别对应不同视场角目标的不同光程差干涉信号； 2]利用经步骤I处理所得的目标干涉信号生成干涉图像； 3]将步骤2生成的干涉图像沿光谱方向分割成N个干涉图子图，N为像面分割数，N为自然数且N彡2 ； 4]分别采集经步骤3处理所得的干涉图子图，采集干涉图光谱方向上不同区域的子图，利用大孔径静态干涉图像中不同位置图像对应相应视场角目标一定光程差时干涉强度的特性，通过设置重叠并经过图像配准后，在多帧图像之间拼接后得到满足光谱信息处理要求的干涉图。
2.根据权利要求1所述的大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其特征在于:所述步骤I中将目标信号分成两束完全相干的光线是采用分束器完成。
3.根据权利要求1所述的大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其特征在于:所述步骤I中对两束光线进行干涉成像处理是采用光谱成像仪完成。
4.根据权利要求1所述的空大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其特征在于:所述步骤2中生成干涉图像是通过光电探测器完成。
5.根据权利要求1所述的大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其特征在于:所述步骤3中将干涉图像沿光谱方向分割成N个子图是通过在干涉图像面位置附近设置N个反射镜面完成。
6.根据权利要求1所述的大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其特征在于:所述步骤4中分别采集干涉图子图是利用N个光电探测器对N个干涉图子图单独采集。
7.根据权利要求2所述的大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其特征在于:所述的分束器为横向剪切分束器包括SAGNAC分束器、双角反射体分束器、基于Savart偏光镜的双折射型分束器、基于Wollaston棱镜的双折射角分束器。
8.根据权利要求3所述的大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其特征在于:所述光谱成像仪光谱范围决定步骤2中生成的干涉图像采样最大光程差范围；光谱分辨率要求决定干涉图采样点数；由干涉图进行复原光谱数据处理时要求获得满足最大光程差范围和采样点数要求的干涉图，并包含零光程差位置另一侧部分干涉图作为相位修正过令里。
9.根据权利要求3所述的大孔径静态干涉光谱成像仪干涉图光学拼接方法，其特征在于:设系统指标要求光谱维采样点数为M，光电探测器光谱维行数为S，像面分割数为N，满足N5^SSM的关系。
【文档编号】G01J3/45GK104165693SQ201410366339
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】刘强, 李思远, 陈小来, 王爽, 李芸, 李然 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所