CN103868851A - 一种基于陷波滤光片的多光谱相机成像系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于陷波滤光片的多光谱相机成像系统，采用陷波滤光片代替传统窄带滤光片用于航天遥感多光谱成像相机。多光谱相机一般的分光方法是采用滤光片轮夹持窄带滤光片进行分光，通过光学膜层结构间各层的反射与干涉，使滤光片滤出窄波段的有色光。窄带透射光能量较低，不利于空间遥感器获得高的信噪比。本发明多光谱相机成像方法以陷波滤光片代替传统窄带滤光片夹持在滤光片轮上，所选多光谱成像波段高反，其余波段高透，滤除多光谱成像波段，首先通过旋转滤光片轮实现多光谱成像，再通过计算成像的方法复原多光谱成像波段。这种滤光方法具有接收光能量大，信噪比高的优点，适用于高分辨率多光谱成像相机。

Description

一种基于陷波滤光片的多光谱相机成像系统
技术领域
本发明属于航天光学遥感器技术多光谱成像领域。
背景技术
由于航天光学遥感器技术的迅速发展，对于遥感器系统应用水平的要求不断提高。而多光谱相机可以实现单台相机获得彩色图像，使获得的信息更加丰富，因此获得了广泛的应用。
现有的航天多光谱相机采用的滤光片轮分光方法，通过光学膜层结构间各层的反射与干涉，而使滤光片可滤出窄波段的有色光。这种滤光片滤光方法透射光能量较低，不利于空间遥感器获得高的信噪比。
现有的陷波滤光片可选择部分波段截止而其他波段都透射，备有深截止和宽透射带，他们采用加硬溅射法的高级等离子反应溅射法（APRS）技术制成，保证交付坚固耐用的镀膜，不会随时间、温度和湿度的变化而分解。
陷波滤光片是狭窄波长深截止和其他波长宽透射应用的理想选择，传统陷波滤光片可以用于滤除瑞利散射光。在航天领域，陷波滤光片主要用作激光保护玻璃，防止特定波段的激光进入光学遥感器，导致探测器损坏。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于陷波滤光片的多光谱相机成像系统，具有接收光能量大，信噪比高的优点，适用于高分辨率多光谱成像相机。
本发明的技术方案是：一种基于陷波滤光片的多光谱相机成像系统，包括成像光学系统、滤光片轮、陷波滤光片、探测器；陷波滤光片夹持在滤光片轮上，滤光片轮放置于成像光学系统后，探测器放置在滤光片轮后；光学系统出射的光入射至滤光片轮上的陷波滤光片，旋转滤光片轮使陷波滤光片将成像光学系统出射的光分为多个成像探测通道；每一个陷波滤光片对应一个成像探测通道；光束经过陷波滤光片之后被探测器采集，并计算获得所需多光谱成像信息；所述的每个陷波滤光片上镀有带阻滤光膜，反射所选多光谱成像波段光线，透射其余波段光线。
安装在滤光片轮上的所有陷波滤光片将成像光学系统出射的光分为多个成像探测通道，包括全色通道和多光谱通道。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）本发明由于采用了陷波滤光的方法，滤除了光谱成像所需窄波段信息，通过非选择宽波段信息，使得通过滤光片到达探测器上的光能量得到大幅提高；
（2）本发明由于采用了陷波滤光片进行分光，使得遥感器信噪比得到大幅提高；
（3）本发明由于采用了陷波滤光片进行分光，使得单谱段成像所需积分时间缩短，有利于增加光谱通道数，提高光谱分辨率。
附图说明
图1为滤光片轮分光方法示意图。
图2为滤除波段为532±5nm的绿光，带宽为60nm的陷波滤光片光学透过率曲线。
图3为滤除波段为490nm的蓝光，带宽为40nm的陷波滤光片光学透过率曲线。
图4为滤除波段为555nm的绿光，带宽为40nm的陷波滤光片光学透过率曲线。
图5为滤除波段为660nm的红光，带宽为40nm的陷波滤光片光学透过率曲线。
图6为滤除波段为680nm的红光，带宽为20nm的陷波滤光片光学透过率曲线。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种基于陷波滤光片的多光谱相机成像系统，包括成像光学系统1、滤光片轮2、陷波滤光片3、探测器4；陷波滤光片3夹持在滤光片轮2上，滤光片轮2轮放置于成像光学系统1后，探测器4放置在滤光片轮2后；光学系统1出射的光入射至滤光片轮2上的陷波滤光片3，旋转滤光片轮2使陷波滤光片3将成像光学系统1出射的光分为多个成像探测通道；每一个陷波滤光片3对应一个成像探测通道；光束经过陷波滤光片3之后被探测器4采集，并计算获得所需多光谱成像信息；所述的每个陷波滤光片3上镀有带阻滤光膜，反射所选多光谱成像波段光线，透射其余波段光线；所述安装在滤光片轮2上的所有陷波滤光片3将成像光学系统1出射的光分为多个成像探测通道，包括全色通道和多光谱通道。
如图2所示，陷波滤光片反射中心波长为532±5nm，带宽为60nm。滤光片反射中心波长及带宽根据多光谱成像相机指标要求进行设定，光谱范围能够覆盖整个可见光成像波段。
如图3所示，陷波滤光片反射中心波长为490±5nm，带宽为40nm。滤光片反射中心波长及带宽根据多光谱成像相机指标要求进行设定，该谱段位于水体衰减系数最小、散射最弱的区域，能够用于判别水深、浅海水下地形、水体浑浊度、沿岸水、地表水等，进行水系及浅海水域制图；同时，该谱段还位于叶绿素的吸收区，能够应用于森林类型识别与制图、土壤和植被区分、植物胁迫识别等领域。
如图4所示，陷波滤光片反射中心波长为555±5nm，带宽为40nm。滤光片反射中心波长及带宽根据多光谱成像相机指标要求进行设定，该谱段位于健康绿色植物的反射区，可以应用于植物类型识别和生产力评价；同时，该谱段还对水体具有一定的穿透力，能够在一定程度上反映浅水水下特征、水体混浊度等，对水体污染特别是金属和化学污染的识别效果较好。
如图5所示，陷波滤光片反射中心波长为660±5nm，带宽为40nm。滤光片反射中心波长及带宽根据多光谱成像相机指标要求进行设定，该谱段位于叶绿素的主要吸收带，可应用于区分植被类型、覆盖度，判断植被生长健康状况；同时，该谱段对水中悬浮泥沙反映敏感，可用于研究泥沙流范围。
如图6所示，陷波滤光片反射中心波长为680±5nm，带宽为20nm。滤光片反射中心波长及带宽根据多光谱成像相机指标要求进行设定，该谱段在多光谱相机对地观测时能够进行大气校正和探测荧光信号。
由于采用了陷波滤光片进行分光，滤除了所选窄波段信息，因此需要通过计算成像的方法复原所选窄波段信息，具体方法为：
a=m0-m1
b=m0-m2
c=m0-m3
d=m0-m4
其中，a、b、c、d分别为所选多光谱成像谱段能量，m0为全色谱段接收光能量，m1、m2、m3、m4分别为经陷波滤光片滤光后探测器接收到的光能量。
根据多光谱成像相机指标要求，可设定其他谱段、带宽，满足科学目标探测目的。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种基于陷波滤光片的多光谱相机成像系统，其特征在于：包括成像光学系统（1）、滤光片轮（2）、陷波滤光片（3）、探测器（4）；陷波滤光片（3）夹持在滤光片轮（2）上，滤光片轮（2）放置于成像光学系统（1）后，探测器（4）放置在滤光片轮（2）后；光学系统（1）出射的光入射至滤光片轮（2）上的陷波滤光片（3），旋转滤光片轮（2）使陷波滤光片（3）将成像光学系统（1）出射的光分为多个成像探测通道；每一个陷波滤光片（3）对应一个成像探测通道；光束经过陷波滤光片（3）之后被探测器（4）采集，并计算获得所需多光谱成像信息；所述的每个陷波滤光片（3）上镀有带阻滤光膜，反射所选多光谱成像波段光线，透射其余波段光线。
2.根据权利要求1所述的一种基于陷波滤光片的多光谱相机成像系统，其特征在于：安装在滤光片轮（2）上的所有陷波滤光片（3）将成像光学系统（1）出射的光分为多个成像探测通道，包括全色通道和多光谱通道。
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