CN101221072A - 共像面多光谱成像技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共像面多光谱成像技术。成像传感器前端设有固定环，环内放置具有不同截止频域的带通滤波器。每个滤波器输出端对应放置一个由非球面成像镜头和成像耦合器组成的成像耦合单元。成像传感器接收面安置一玻璃蒙面，玻璃蒙面上设置一个像面耦合器。在成像耦合器与像面耦合器之间设有传像光路，每个传像光路的前端与成像耦合单元相接，以用于将非球面成像镜头所成的图像耦合到传像光路的接受面端口。每个传像光路的后端与像面耦合器相接，将通道传输的信息成像于同一帧的成像传感器所对应的像面上。本发明可对同一观测场景在同一时刻不同光谱段进行同步共像面成像，在保证共像面多光谱成像高实时性的基础上，实现了系统结构的微小型化。

Description

共像面多光谱成像技术

技术领域

本发明属于光学成像技术，具体涉及一种多光谱段成像和共像面多光谱成像的技术。

技术背景

多光谱探测领域需要对多帧不同光谱段的图像数据进行分析处理。要获取多帧不同光谱段的图像信息，现有技术有两种：一种是采用多个成像传感器并分别配置不同滤波器构成；另一种是前端安置具有多个滤波器片的拨轮，后端采用单一成像传感器，并由时序驱动电路控制其选择前端不同通道的光谱段信息。这两种方式虽然已较为成熟，但缺点明显。主要体现在：第一种方法虽然具有较好的实时性，但因需要多个成像传感器，造成整体结构偏大，无法实现微小型化；第二种方法需要额外的机械拨轮和驱动器，只能采集序列图像，无法采集同一时刻、同一被观测场景在不同光谱段的图像信息，实时性差。因此寻找一种新的共像面多光谱成像技术，在满足实时性的基础上又能实现系统微小型化，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是，提供一种在同一成像传感器、同一帧上实现共像面多光谱成像的新技术。即可以在同一时刻不同谱段，实现同一观测场景在单一成像传感器上共像面多光谱成像的有效方法。

本项发明是通过下述技术方案实现的。如图1所示，本发明具有：成像传感器1、玻璃蒙面2、像面耦合器3、传像光路4、成像耦合器5、非球面成像镜头6、带通滤波器7以及固定环8等。具体组成结构为：成像传感器1前端安放一个固定环8，环内放置四个具有不同截止频域的带通滤波器。第一个带通滤波器为7-1，第二个带通滤波器为7-2，第三个带通滤波器为7-3，第四个带通滤波器为7-4。每个带通滤波器输出端对应放置一个由非球面成像镜头6和成像耦合器5组成的成像耦合单元。成像传感器1的接收面安置一玻璃蒙面2，玻璃蒙面上设置一个像面耦合器3。在成像耦合器5与像面耦合器3之间设有四条以光纤传像束做材质的、各自独立的传像光路4，每个传像光路的前端与所述由非球面成像镜头6和成像耦合器5组成的成像耦合单元紧密相接，以用于将非球面成像镜头6所成的图像耦合到传像光路4的接受面端口。每个传像光路4的后端与像面耦合器3紧密相接，将每个光学通道传输的信息成像于同一帧的成像传感器1所对应的像面上。从而实现了由具有不同截止频域的四个带通滤波器选择不同光谱段信息进行成像，并经由传像光路传输后，最终耦合到单一传感器同一像面上的四个不同分割区域上。成像传感器1的像面分割数与像面耦合器3、传像光路4、成像耦合器5、非球面成像镜头6的个数以及带通滤波器的个数相等匹配，可以是两路、三路、四路、五路或六路。即经多路带通滤波器滤波后的不同谱段的光谱信息经由非球面成像镜头6成像和传像光路4传输后，最终成像于同一帧的成像传感器1。带通滤波器也可以是截止滤波器。

以四滤波通道共像面光谱成像为例：通过四个不同的带通或截止滤波器(如第一个带通滤波器7-1的截止频域为λ₁、第二个带通滤波器7-2的截止频域为λ₂、第三个带通滤波器7-3的截止频域为λ₃、第四个带通滤波器7-4的截止频域为λ₄)，将被观测场景在不同谱段上的信息由四个非球面成像镜头6和成像耦合器5耦合成像后，再经由传像光路4(也称为传像束)传输到像面耦合器3，最终成像于成像传感器1的一帧图象上，由此实现同一观测场景在不同谱段上的共像面多光谱成像。观测场景的成像谱段取决于前端的四个带通或截止滤波器上的截止频域(λ₁、λ₂、λ₃和λ₄)。只有满足相应滤波器频域的谱段信息才能透过滤波器，并经由后端传输成像到各相应的成像传感器分割区域。

图2所示的是由共像面多光谱成像器所成的一帧图像，是由四个不同带通或截止滤波器(λ₁、λ₂、λ₃和λ₄)和非球面成像镜头通道所成四个子图像组成。

附图说明

图1为本发明部件组成结构原理图。

图2为由四个带通滤波器的子图像组成的一帧图像示意图。

具体实施方式

以下参照图1和图2并通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

观测场景的成像谱段取决于前端的数个带通或截止滤波器的截止频率。只有满足相应滤波器频域的谱段信息才能透过滤波器，并经由后端传输成像到各相应的成像传感器分割区域。例如对于一个被观测区域，为了便于对该场景进行多光谱探测分析，则需要利用共像面多光谱成像技术来实现。对于本实施例而言，成像传感器1的像面分割数取为4，即设有4路传像光路以及相应的带通滤波器等。选择如下四种截止频域的滤波片：λ₁透过可见光的波谱段为420～450nm；λ₂透过可见光的波谱段为480～520nm；λ₃透过可见光的波谱段为530～580nm，λ₄透过可见光的波谱段为590～660nm。四个具有不同截止频域的带通滤波器加载于成像器的前端。经滤波后选择出被观测场景在对应的四个截止频域λ₁、λ₂、λ₃和λ₄上的光谱信息，并由安置在滤波器输出端的非球面成像镜头6成像。其中非球面成像镜头焦距f＝8mm，然后经由成像耦合器5把图像信息耦合到四路独立的传像光路4输入端口，其中成像耦合器规格为Φ2.2mm，四路传像光路均采用高分辨率光纤传像束，规格为Φ3×120mm。经传输后通过像面耦合器3就可将四路通道的图像信息耦合在成像传感器1同一像面的不同分割区域上，其中像面耦合器规格为Φ2.5mm，成像传感器分辨率为2048×2048，单个像元尺寸为6.45μm。

从四光学传像通道实例来看，采用共像面多光谱成像技术，可以在保证整体系统结构微小型化的前提下，在同一个成像传感器的单帧图像上，实现对被观测场景在多个光谱段上(本实施例为四个)的成像，即最终获取了一帧包含四个光谱段信息的场景图像，并且还保证了多光谱成像的同步性和实时性。

本项技术发明的优点在于：(1)对同一观测场景在同一时刻不同光谱段进行同步成像；(2)在单一成像传感器的不同分割区域实现共像面多光谱成像；(3)在保证多光谱段成像实时性的基础上，实现了系统结构的微小型化和紧凑化。

Claims (3)

1.共像面多光谱成像技术，具有成像传感器(1)、玻璃蒙面(2)、像面耦合器(3)、传像光路(4)、成像耦合器(5)、非球面成像镜头(6)、带通滤波器(7)，其特征在于：成像传感器(1)前端安放一个固定环(8)，环内放置四个具有不同截止频域的带通滤波器，第一个带通滤波器为(7-1)，第二个带通滤波器为(7-2)，第三个带通滤波器为(7-3)，第四个带通滤波器为(7-4)，每个带通滤波器输出端对应放置一个由非球面成像镜头(6)和成像耦合器(5)组成的成像耦合单元；所述成像传感器(1)的接收面安置一玻璃蒙面(2)，玻璃蒙面上设置一个像面耦合器(3)；在成像耦合器(5)与像面耦合器(3)之间设有四条以光纤传像束做材质的、各自独立的传像光路(4)，每个传像光路的前端与所述由非球面成像镜头(6)和成像耦合器(5)组成的成像耦合单元紧密相接，以用于将非球面成像镜头(6)所成的图像耦合到传像光路(4)的接受面端口；每个传像光路(4)的后端与像面耦合器(3)紧密相接，将每个光学通道传输的信息成像于同一帧的成像传感器(1)所对应的像面上。

2.根据权利要求1所述的共像面多光谱成像技术，其特征在于所述成像传感器(1)的像面分割数与所述像面耦合器(3)、传像光路(4)、成像耦合器(5)、非球面成像镜头(6)的个数以及所述带通滤波器的个数相等匹配，可以是两路、三路、四路、五路或六路。

3.根据权利要求1或2所述的共像面多光谱成像技术，其特征在于所述带通滤波器也可以是截止滤波器。

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