CN102004308B - 卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种新型的卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置，可应用于多光谱激光雷达、可见光和红外遥感探测、环境监测等领域。在本发明中，通过采用拼接式卡塞格林望远镜接收来自目标散射的多光谱光束，根据所需的探测光谱的数目确定望远镜主镜拼接所需主镜片的数目，并在每块主镜片前放置一个带通滤光片以匹配所需探测光谱的具体特征；每块主镜片接收的光束都在望远镜之后的象增强器上产生一个图像，因此最终在CCD相机可以得到对相同目标在每个光谱上的成像结果。本发明结构简单灵活，通过使用不同的滤光片和拼接式卡塞格林望远镜相结合，很容易获得不同光谱的图像。

Description

卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置
技术领域
本发明采用拼接式的卡塞格林望远镜和带通滤光片组相结合的方法，实现了具有实时性和微型结构的卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置，属于激光雷达、可见光和红外遥感探测等领域。
背景技术
透射式光学系统造价高、测试困难、存在色差，离轴式光学系统造价也较高，而卡塞格林(Cassegrain)系统则具有消球差、筒长短、无实际光线汇聚点等优点.因此，在光电装备中应用最为广泛的是卡塞格林式或经过改进的卡塞格林式光学系统。
卡塞格林望远镜是由两块反射镜组成的一种反射望远镜，1672年为卡塞格林所发明。反射镜中大的称为主镜，小的称为副镜。通常在主镜中央开孔，成像于主镜后面。它的焦点称为卡塞格林焦点。有时也按图中虚线那样多加入一块斜平面镜，成像于侧面，这种卡塞格林望远镜，又称为耐司姆斯望远镜。
在卡塞格林望远镜焦点处可以安置较大的终端设备，并不挡光，且观测操作也较方便。对于一个兼具有主焦点系统、卡塞格林系统和折轴系统的望远镜，卡塞格林望远镜的相对口径是中等的，它适用于作中等光力、较大比例尺的照相和其他工作，一般在这里进行的主要工作有较大光谱仪的分光观测、直接照相和像增强器照相、光电测光和红外观测等。
多光谱成像是利用具有一定光谱分辨率的多光谱图像进行目标探测，其最大的特点就是能够将工作光谱区精细划分为多个谱段，并同时在各谱段对目标场景成像探测。由于绝大多数物质都有其独特的辐射、反射或吸收光谱特征，有的文献称为“指纹光谱特征”，因此根据不同光谱成像结果分析可准确地分辨成像结果中的各种目标成分。相比传统的单一宽波段光电探测技术，多光谱成像可提供更加丰富的目标场景信息，在目标材质识别、异常目标检测、伪装目标辨识、复杂背景抑制等目标探测技术领域都有着极为重要的应用。
多光谱成像探测技术可以在多个经过预先选择的特征光谱波段对目标场景进行成像探测，可以很好地实现颜色相近的真伪目标识别、杂乱背景抑制等传统宽波段图像探测器不能完成的任务。在特定的观测场景下，在经过事先研究确定好的目标与背景信号强度差异大的光谱波段进行观测，可以大幅提升目标背景信杂比，提高探测性能。最为重要的是多光谱成像探测器结构简单、体积小，可以构造出小型化的战术观测设备，满足多种场合的需要。
一直以来，多光谱成像传感器并没有得到充分重视，在理论创新和技术创新方面都显缺乏。现有的多光谱成像方法主要有两种：一种是采用多个图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，后端采用单一图像传感器，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，但因需要多个图像传感器，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。因此寻找一种新的多光谱成像探测技术，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
本发明采用拼接式的卡塞格林望远镜和带通滤光片组相结合的方法，实现了具有实时性和微型结构的卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置，如图1所示。在本发明中，通过采用拼接式卡塞格林望远镜接收来自目标散射的多光谱光束，根据所需的探测光谱的数目确定望远镜主镜拼接所需主镜片的数目，并在每块主镜片前放置一个带通滤光片以匹配所需探测光谱的具体特征；每块主镜片接收的光束都在望远镜之后的象增强器上产生一个图像，因此最终在CCD相机可以得到对相同目标在每个光谱上的成像结果。本发明结构简单灵活，通过使用不同的滤光片和拼接式卡塞格林望远镜相结合，很容易获得不同光谱区域的图像。
本发明采用拼接式的卡塞格林望远镜和带通滤光片组相结合的方法，实现了具有实时性和微型结构的卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置，采用如下技术方案：
(1)本发明的卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置是由带通滤光片组、卡塞格林望远镜次镜、卡塞格林望远镜主镜、象增强器和CCD相机组成。
(2)本发明的卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置的基本工作过程如下：来自同一目标散射包含多光谱的光束首先经过带通滤光片组，然后依次经过卡塞格林望远镜主镜和卡塞格林望远镜次镜；经过卡塞格林望远镜次镜后的光束在象增强器上成像并被增强，最终在CCD相机上被探测成像。
(3)本发明中，所述的多光谱是指所需探测的多个波长范围共同组成的光谱组合。
(4)本发明中，所述的带通滤光片组是由与所需探测的光谱个数相同的带通滤光片组成，且每个带通滤光片的通带对应每个所需探测光谱。
(5)本发明中，所述的卡塞格林望远镜主镜是由与所需探测的光谱个数相同的主镜片拼接组成，且每块主镜片的位置与带通滤光片组的每块带通滤光片的位置一一对应，且每块带通滤光片透射光束只进入对应的主镜片。
(6)本发明中，所述的象增强器主要用来增强被卡塞格林望远镜次镜反射的光束强度，以方便CCD相机对其进行探测。
(7)本发明中，所述的CCD相机的光谱响应范围包括所需探测的多光谱的光谱范围，且在CCD相机中的不同位置获得对同一目标在多光谱中多个波长范围内的成像结果。
本发明的主要特色：主要采用拼接式的卡塞格林望远镜和带通滤光片组相结合的方法，实现了具有实时性和微型结构的卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置。
附图说明
图1为本发明卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置图
具体实施方式
根据本发明提出的卡塞格林望远镜多光谱成像方法和装置，如图1所示，在具体实施方式中，根据红外目标特性，选择需要探测的多光谱的多个波长分别为3um、5um、8um和12um四个波长组成。因此带通滤光片组1是有四个通带中心波长分别为3um、5um、8um和12um的四个带通滤光片组成的。卡塞格林望远镜主镜3是由四块同样大小的主镜片组成，且主镜片的位置对应带通滤光片组1中的四个带通滤光片的位置。CCD相机为工作在3～12um的红外CCD探测器阵列。
具体工作过程如下：来自同一目标辐射和散射的3um、5um、8um和12um四个波长组成的多光谱的光束首先经过带通滤光片组1，然后依次经过卡塞格林望远镜主镜3和卡塞格林望远镜次镜2；经过卡塞格林望远镜次镜2后的光束在象增强器4上成像并被增强，最终在CCD相机5上被探测成像。其中，卡塞格林望远镜主镜3中的每块主镜片接收的光束都在望远镜之后的象增强器4上产生一个图像，因此最终在CCD相机5可以得到对探测目标分别在3um、5um、8um和12um四个波长上的多光谱成像结果。

Claims (8)

1.一种卡塞格林望远镜多光谱成像方法，其特征在于：来自同一目标散射包含多光谱的光束首先经过带通滤光片组，该带通滤光片组是由与所需探测的光谱个数相同的带通滤光片组成，且每个带通滤光片的通带中心波长对应于多光谱中的每个所需探测光谱的波长；经过带通滤光片组后的光束然后依次经过卡塞格林望远镜主镜和卡塞格林望远镜次镜，卡塞格林望远镜主镜是由与所需探测的光谱个数相同的主镜片拼接组成，且每块主镜片的位置与带通滤光片组的每块带通滤光片的位置一一对应，且每块带通滤光片透射光束只进入对应的主镜片；经过卡塞格林望远镜次镜后的光束在象增强器上成像并被增强，最终在CCD相机上被探测成像。
2.根据权利要求1所述的卡塞格林望远镜多光谱成像方法，所述的多光谱是指所需探测的多个波长共同组成的多光谱。
3.一种卡塞格林望远镜多光谱成像装置，该装置包括带通滤光片组（1）、卡塞格林望远镜次镜（2）、卡塞格林望远镜主镜（3）、象增强器（4）、CCD相机（5），其特征在于：卡塞格林望远镜主镜接收来自目标散射的多光谱光束；根据所需的探测光谱的数目确定拼接卡塞格林望远镜主镜所需主镜片的数目，并在每块主镜片前放置一个带通滤光片，组成带通滤光片组，以匹配所需的探测光谱的具体特征；每块主镜片接收的光束都在对应的主镜片之后的象增强器上产生一个图像；通过CCD相机探测该图像最终获得所需的探测光谱成像结果。
4.根据权利要求3所述的卡塞格林望远镜多光谱成像装置，所述的多光谱是指所需探测的多个波长共同组成的多光谱。
5.根据权利要求3所述的卡塞格林望远镜多光谱成像装置，所述的带通滤光片组是由与所需探测的光谱个数相同的带通滤光片组成，且每个带通滤光片的通带中心波长对应于多光谱中的每个所需探测光谱的波长。
6.根据权利要求3所述的卡塞格林望远镜多光谱成像装置，所述的卡塞格林望远镜主镜是由与所需探测的光谱个数相同的主镜片拼接组成，且每块主镜片的位置与带通滤光片组的每块带通滤光片的位置一一对应，且每块带通滤光片透射光束只进入对应的主镜片。
7.根据权利要求3所述的卡塞格林望远镜多光谱成像装置，所述的象增强器主要用来增强被卡塞格林望远镜次镜反射的光束强度，以方便CCD相机对其进行探测。
8.根据权利要求3所述的卡塞格林望远镜多光谱成像装置，所述的CCD相机的光谱响应范围包括所需探测的多光谱的光谱范围，且在CCD相机中的不同位置获得对同一目标在多光谱中多个波长范围内的成像结果。
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