主动式高光谱成像设备的制作方法

文档序号:20065124发布日期:2020-03-06 08:24阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种成像设备,包括:

第一频率梳源,其用于以第一重复率生成第一频率梳;

第二频率梳源,其用于以与所述第一重复率偏离的第二重复率生成第二频率梳;

第一光束组合器,其与所述第一频率梳源和所述第二频率梳源光通信,所述第一光束组合器用于将所述第一频率梳和所述第二频率梳进行组合,以生成双频率梳;

第一分束器,其与所述第一光束组合器光通信,所述第一分束器用于分离所述双频率梳,以生成询问光束和参考光束;

空间编码器,其与所述第一分束器光通信,所述空间编码器用于利用一组参考场来对所述参考光束进行空间编码,以生成编码的参考光束;

反射望远镜,其与所述第一分束器光通信,所述反射望远镜用于利用所述询问光束照射对象;

收集光学器件,其被定位以收集由所述询问光束与所述对象相互作用而生成的反射光;

第二光束组合器,其与所述空间编码器和所述收集光学器件光通信,所述第二光束组合器用于将所述反射光和所述编码的参考光束进行组合,以生成组合光束;以及

检测器,其与所述第二光束组合器光通信,所述检测器用于检测所述组合光束并且产生一组干涉图。

2.根据权利要求1所述的成像设备,还包括:

处理器,其被配置以利用所述一组干涉图和所述一组参考场来生成所述对象的高光谱数字图像。

3.根据权利要求2所述的成像设备,其中,生成所述对象的高光谱数字图像包括:计算所述一组干涉图的傅立叶逆变换,其中每一个所述干涉图由对应的参考场进行空间加权。

4.根据权利要求2所述的成像设备,其中,生成所述对象的高光谱数字图像包括:利用所述一组干涉图和所述一组参考场来执行编码孔径成像重建算法、利用所述一组干涉图和所述一组参考场来执行计算鬼影成像重建算法、利用所述一组干涉图和所述一组参考场来执行阿达玛变换成像重建算法、利用所述一组干涉图和所述一组参考场来执行利用结构照射成像重建算法的通过相位检索进行的相干成像、或者利用所述一组干涉图集和所述一组参考场集来执行傅立叶变换零差成像重建算法。

5.根据权利要求2所述的成像设备,其中,所述高光谱数字图像对应于所述对象的三维表示,所述对象的三维表示包括第一空间维度、第二空间维度以及对应于频域吸收光谱的第三维度。

6.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述第一频率梳源或所述第二频率梳源包括、或者这两者均包括:近红外(nir)飞秒激光源、晶体微谐振器、硅光学微谐振器、掺铒光纤激光器、光子晶体光纤或其任意组合。

7.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述第一重复率和所述第二重复率以10-5~10-7的因子偏离。

8.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述空间编码器包括:数字微镜装置、空间光调制器、硅上液晶装置、液晶阵列、可变形反射镜或其任意组合。

9.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述空间编码器修改所述参考光束的空间强度分布。

10.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述检测器包括单个像素。

11.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述检测器包括多个像素,其中来自所述多个像素中的每一个像素的输出相加以提供总输出。

12.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述检测器包括:宽带红外检测器、短波长红外检测器、中波长红外检测器和长波长红外检测器中的一个或多个。

13.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述检测器包括热电冷却检测器。

14.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述第一光束组合器或所述第二光束组合器包括分束器、或者这两者均包括分束器。

15.根据权利要求1所述的成像设备,其中,所述收集光学器件包括所述反射望远镜。

16.根据权利要求1所述的成像设备,还包括:与所述第一频率梳源、所述第二频率梳源、所述第一光束组合器、所述第一分束器、所述空间编码器、所述反射望远镜、所述收集光学器件、所述第二光束组合器和所述检测器中的一个或多个进行光通信的一个或多个透镜、反射镜、分束器、滤波器、棱镜、偏振镜、波导或其任何组合。

17.一种生成高光谱图像的方法,所述方法包括:

以第一重复率生成第一频率梳;

以与所述第一重复率偏离的第二重复率生成第二频率梳;

将所述第一频率梳和所述第二频率梳进行组合,以生成双频率梳;

分离所述双频率梳,以生成询问光束和参考光束;

利用一组参考场来对所述参考光束进行空间编码,以生成编码的参考光束;

利用所述询问光束照射对象,其中所述询问光束与所述对象相互作用,以生成反射光;

收集所述反射光;

将所述反射光和所述编码的参考光束进行组合,以生成组合光束;

检测所述组合光束,以产生一组干涉图;以及

利用所述一组干涉图和所述一组参考场来重建所述对象的高光谱数字图像。

18.根据权利要求17所述的方法,其中,重建所述对象的高光谱数字图像包括:

确定所述一组干涉图的傅立叶逆变换,其中每一个所述干涉图由对应的参考场进行空间加权。

19.根据权利要求17所述的方法,其中,重建所述对象的所述高光谱数字图像包括:执行编码孔径成像重建算法、执行计算鬼影成像重建算法、执行阿达玛变换成像重建算法、执行利用结构照射成像重建算法的通过相位检索进行的相干成像、或者执行傅立叶变换零差成像重建算法。

20.根据权利要求17所述的方法,其中所述第一频率梳由第一频率梳源生成;其中所述第二频率梳由第二频率梳源生成;其中生成所述双频率梳包括利用第一光束组合器将所述第一频率梳和所述第二频率梳进行组合;其中生成所述询问光束和所述参考光束包括利用第一分束器分离所述双频率梳;其中对所述参考光束进行空间编码包括利用空间编码器;其中照射所述对象包括利用反射望远镜;其中收集所述反射光包括利用收集光学器件;其中将所述反射光和所述编码的参考光束进行组合包括利用第二光束组合器;以及其中检测所述组合光束包括利用检测器。

21.根据权利要求17所述的方法,其中,所述高光谱数字图像对应于所述对象的三维表示,所述对象的三维表示包括第一空间维度、第二空间维度以及对应于频域吸收光谱的第三维度。

22.根据权利要求17所述的方法,所述方法利用成像设备来执行,所述成像设备包括:

第一频率梳源,其用于以所述第一重复率生成所述第一频率梳;

第二频率梳源,其用于以与所述第一重复率偏离的所述第二重复率生成所述第二频率梳;

第一光束组合器,其与所述第一频率梳源和所述第二频率梳源光通信,所述第一光束组合器用于将所述第一频率梳和所述第二频率梳进行组合,以生成所述双频率梳;

第一分束器,其与所述第一光束组合器光通信,所述第一分束器用于分离所述双频率梳,以生成所述询问光束和参考光束;

空间编码器,其与所述第一分束器光通信,所述空间编码器用于利用所述一组参考场来对所述参考光束进行空间编码,以生成所述编码的参考光束;

反射望远镜,其与所述第一分束器光通信,所述反射望远镜用于利用所述询问光束照射所述对象;

收集光学器件,其被定位以收集由所述询问光束与所述对象相互作用而生成的反射光;

第二光束组合器,其与所述空间编码器和所述收集光学器件光通信,所述第二光束组合器用于将所述反射光和所述编码的参考光束进行组合,以生成所述组合光束;以及

检测器,其与所述第二光束组合器光通信,所述检测器用于检测所述组合光束并且产生所述一组干涉图。

23.根据权利要求17所述的方法,包括或进一步包括权利要求18至22中任一项或多项中的特征。

24.根据权利要求17所述的方法,所述方法利用权利要求1至16中任一项或多项中的成像设备来执行。

25.根据权利要求1所述的成像设备,包括或进一步包括权利要求2至16中任一项或多项中的特征。

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