CN101482491A - 一种高背景抑制型热红外高光谱实验装置 - Google Patents

一种高背景抑制型热红外高光谱实验装置 Download PDF

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Abstract

一种高背景抑制型热红外高光谱实验装置，可用于获取热红外高光谱实验数据。它包括：热红外望远镜头组，狭缝，热红外分光组件，热红外探测器，热红外波段渐变滤光片、可控温度的制冷箱和数据采集存储电子学系统。本发明结构简单，易于实现。

Description

一种高背景抑制型热红外高光谱实验装置
技术领域：
本发明涉及一种光、机、电一体化的仪器技术，特别是一种制冷温度可调的高背景抑制型热红外高光谱成像实验装置。
背景技术：
高光谱成像仪器具有精细的光谱分辨能力，能从获取的遥感数据中直接分析目标的物质成分，从而有效地识别地物、分辨目标、揭露军事伪装。热红外成像俗称为“火”眼，缘于它对温度的敏感。采用热红外探测器获取地面目标的红外辐射，记录的是目标自身的红外辐射(发射红外线)信息，因而又称“热图像”。在谱段进行细分后可以广泛地用于地表温度探测、城市热流分析、环境灾害监测及矿蚀岩的识别等领域。同时该技术在军事伪装识别和水下目标探测等应用上具有非常显著的作用效果。我国高光谱成像技术在可见近红外波段进入业务运行阶段，短波红外也已有地面原理样机，但在长波热红外谱段还没有开展预先研究。因此，本发明设计一种热红外高光谱成像实验装置，可用于获取热红外高光谱成像数据进行分析。本装置除了可进行热红外高光谱成像以外，其特点在于加入了一个可控温的杜瓦，可对光学系统的温度进行控制，以便于分析影响热红外成像质量的关键因素。
发明内容：
本发明的目的是提供一种热红外高光谱成像实验装置，由于系统的制冷温度可调，因此，可用于分析影响热红外高光谱成像质量的关键因素及其影响因子。同时在探测器前端放置渐变滤光片用于进一步降低各个光谱通道的背景，因此，系统可实现较高的信噪比。
本发明的技术方案如下：
本发明的一种高背景抑制型热红外高光谱实验装置，包括红外望远镜头组4，狭缝5，热红外分光组件6，热红外探测器8，热红外波段渐变滤光片7、可控温度的制冷箱1和数据采集存储电子学系统11。可控温度的制冷箱1体内抽真空，内置可升降杜瓦14，可灌注液氮，整个成像光学系统放置于制冷箱1中，成像光路保温包装，其底板与液氮制冷的冷头连接，同时也加热控温装置用于调整温度。成像光路由于是单独包装，阻隔箱体对成像质量的影响，并且光路镜筒可以镀上特殊涂层，降低背景辐射。为进一步降低通过光路多次反射、透射的背景杂光，在探测器前端又增加了渐变滤光片，滤光片的带通宽度和分光组件的光谱分辨率相当。
工作原理：目标信号经望远镜组入射到光学系统，通过狭缝进一步阻挡杂散光后入射到热红外分光组件，将入射的热红外谱段光线按光谱展开，经过渐变滤光片进一步减小杂散光的影响，然后成像于热红外探测器，再通过数据采集存储电子系统采集各个波段的光谱信息，完成热红外光谱图象的温度反演及比辐射率反演。
本发明的优点是：易于实现，信噪比高，实验方便。
附图说明：
图1为本发明的装置图。
附图中：1.制冷箱；2.锗窗口；3.光学镜筒；4.红外望远镜头组；5.狭缝；6.热红外分光组件；7.热红外波段渐变滤光片；8.热红外探测器；9.内部探测器线缆；10.外部探测器线缆；11.数据采集存储电子学系统；12.转接头；13.控温装置；14.可升降杜瓦；15.成像光路箱；16.导热底板。
图2为本发明的装置主要部件立体分布图。
具体实施方式：
下面根据图1给出本发明一个较好实施例，以便进一步给出本发明的技术细节，使能更好地说明本发明的结构特征和功能特点，但不是用来限定本发明的范围。
系统实现成像指标：
光谱范围：8.0～10.5μm
光谱分辨率：80nm
波段数：≥32
量化位数：12bits
成像方式：推帚成像
NEΔT：≤0.3K
参阅图1，本实例采用圆柱形制冷箱1，箱体中放置可上下升降的杜瓦2，液氮灌注其中，控温装置13控制成像光路箱15内的温度在80K-200K范围内连续变化，热红外光学窗口6采用9mm厚的锗玻璃，分光组件6核心部件采用平面反射闪耀光栅，探测器8采用法国Sofradir公司的长波320×256探测器，自带制冷机。调整系统的温度，可以获取在不同温度值的探测器图像，从而分析不同温度下热红外高光谱成像系统的信噪比。具体如图2所示。
热红外分光组件6采用平面反射闪耀光栅，设计入射光与衍射光夹角为90度，光线入射角为41.2度，光栅刻线为10线对/mm，闪耀波长为9.37um，则8um时衍射角为47.62度，10.5um时衍射角为49.79度。
热红外波段渐变滤光片7选择：选择波段在8um～10.5um的渐变滤光片，渐变步长为80nm，与探测器相应谱段匹配。探测器光谱分辨率为80nm，在相应谱段内，信号完全通过，而噪声只有原来的1/32，有效地提高了信噪比。
制冷箱1设计：制冷箱1中放置可上下升降的杜瓦2，通过导热底板16将光学系统制冷至77K，控温装置13可控制杜瓦的温度。由于探测器工作温度范围为—41°～71°，成像光路箱15封闭整个光学系统，以免低温光学系统影响探测器的工作。制冷箱1内部抽真空，以免空气中的水汽在低温下凝结影响光学系统的工作。
数据采集存储电子学系统11将采集到的光学信号转换为数字信号，通过辐射定标及光谱定标参数，对红外高光谱图象进行非均匀性校正及温度反演。

Claims (1)

1.一种高背景抑制型热红外高光谱实验装置，包括红外望远镜头组(4)、狭缝(5)、热红外分光组件(6)、热红外探测器(8)、热红外波段渐变滤光片(7)、制冷箱(1)和数据采集存储电子学系统(11)，其特征在于：所述的制冷箱(1)中的成像光路箱(15)的温度可以通过控温装置(13)在80K-200K范围内连续可调。
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