一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪

本发明涉及光谱仪，具体涉及一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪。

背景技术：

1、高光谱相机能够将成像技术与光谱探测技术相结合，在对目标空间特征成像的同时，可以对每个空间像元形成多个窄波段，实现连续的光谱覆盖，不同光谱信息能充分反映地物内部的物理结构、化学成分的差异。与传统的空间二维成像相比，高光谱相机可以同时获取目标的空间信息和光谱信息，在一定的空间分辨率下，能够获取宽谱段范围内地物独有的连续特征光谱，对地物的精准识别和探测具有显著优势，目前已成为对地遥感重要的前沿技术手段，在农、林、水、土、矿等资源调查与环境监测等领域具有重要的应用价值。

2、目前市场上应用最广泛的光谱仪主要为狭缝型光谱成像仪和滤光阵列光谱成像仪。其中， 狭缝型光谱成像仪不仅体型大，而且成像需要经过多次曝光和扫描，不能即时成像，受环境因素影响，观测时间越久，误差越大。而对于滤光阵列光谱成像仪，滤光片阵列的每个区域相对微小，对微纳制备工艺的要求较高，并且滤光片阵列与探测器的配准也存在一定的难度，因为每个区域过于微小，所以在对准时如果误差较大，也会影响最终的光谱成像结果，按照现有技术很难做到在探测时滤光片阵列与探测器像元完全相匹配，匹配区域对准误差较大，对最终的光谱成像质量产生较大影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，以解决现有光谱成像仪存在的问题。

2、本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明的一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，包括：

4、前端光学系统，用于接收目标物体的光线以获取目标物体的光学信息；

5、分光系统，用于将前端光学系统出射的光线分成两部分光束出射；

6、视场分割部分，用于接收分光系统出射的一部分光束，输出基于视场分割的图像；

7、谱段分割部分，用于接收分光系统出射的另一部分光束，输出基于谱段分割的图像；

8、显示装置，用于显示融合后的高分辨率高光谱图像；

9、所述视场分割部分包括：位于分光系统后端的第一中继装置，用于将分光系统出射的目标物体成像光束进行再次成像得到中间像；位于前端光学系统焦面处的微透镜阵列，用于对通过第一中继装置获取的中间像进行分割采样，并在微透镜阵列后焦面上产生光瞳阵列；准直元件，用于将透过微透镜阵列的不同视场光束转换成平行光束；后端成像系统，用于将通过准直元件转换后的不同视场的平行光束进行汇聚；与图像融合装置相连的探测器，用于将通过后端成像系统汇聚后的不同视场像进行处理，得到基于谱段分割的目标物体图像，该基于谱段分割的目标物体图像包括三维光谱信息和二维空间信息；

10、所述谱段分割部分包括：位于分光系统后端且位于前端光学系统像面处的滤光片阵列，用于将分光系统出射的目标物体成像光束进行谱段分割；第二中继装置，用于将经过滤光片阵列谱段分割后的目标物体成像光束进行再次成像得到中间像；与图像融合装置相连的全色图像接收器，所述滤光片阵列与全色图像接收器的像元相匹配，所述全色图像接收器用于对通过第二中继装置获取的中间像进行处理，得到基于谱段分割的目标物体图像；图像融合装置，用于接收基于视场分割的图像和基于谱段分割的图像并对其进行融合处理，获得高分辨率高光谱图像。

11、进一步的，所述前端光学系统采用望远系统或微成像系统。

12、进一步的，所述分光系统采用不均等分光板。

13、进一步的，所述第一中继装置采用透射式中继镜组或反射式中继镜组。

14、进一步的，所述微透镜阵列采用非球面透镜组合或双凸面透镜组合。

15、进一步的，所述准直元件采用透镜或反射镜。

16、进一步的，所述第二中继装置采用透射式中继镜组或反射式中继镜组。

17、本发明的有益效果是：

18、1、本发明通过对目标物体进行谱段、视场分割融合成像，提高了光谱成像仪的成像精度，提高了光谱成像仪的空间分辨率；

19、2、本发明具有良好的泛化性，既能通过改变滤光片阵列的排列方式提高对于特定目标、特定成像方式的搜索效率，又由于融合成像不会丢失成像的普适性，解决了现有光谱成像仪对特定目标成像效果差、而特定目标成像仪对于一般目标成像效果较差的问题；

20、3、本发明通过融合成像提高了系统成像的鲁棒性，使得光谱成像仪在不同环境下都有较好的成像效果；

21、4、本发明的光谱成像仪具有小型化、即时成像的特点；

22、5、本发明通过将谱段分割信息和视场分割信息进行融合，有效消除了传统滤光片光谱成像仪的对准误差。

技术特征：

1.一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，其特征在于，所述前端光学系统采用望远系统或微成像系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，其特征在于，所述分光系统采用不均等分光板。

4.根据权利要求1所述的一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，其特征在于，所述第一中继装置采用透射式中继镜组或反射式中继镜组。

5.根据权利要求1所述的一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，其特征在于，所述微透镜阵列采用非球面透镜组合或双凸面透镜组合。

6.根据权利要求1所述的一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，其特征在于，所述准直元件采用透镜或反射镜。

7.根据权利要求1所述的一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，其特征在于，所述第二中继装置采用透射式中继镜组或反射式中继镜组。

技术总结
一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪，涉及光谱仪技术领域，该光谱成像仪包括：前端光学系统，用于接收目标物体的光线以获取目标物体的光学信息；分光系统，用于将前端光学系统出射的光线分成两部分光束出射；视场分割部分，用于接收分光系统出射的一部分光束，输出基于视场分割的图像；谱段分割部分，用于接收分光系统出射的另一部分光束，输出基于谱段分割的图像；图像融合装置，用于接收基于视场分割的图像和基于谱段分割的图像并对其进行融合处理，获得高分辨率高光谱图像；显示装置，用于显示融合后的高分辨率高光谱图像。本发明提高了光谱成像仪的成像精度、空间分辨率以及系统成像的鲁棒性，具有良好的泛化性。

技术研发人员：胡长虹,薛栋林,吕宝林,哈清华,肖树林,李广泽
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12