CN105865626A - 一种基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪，包括前置望远准直系统、单色器、会聚成像系统、光电接收处理系统和显示器，所述前置望远准直系统包括主反射镜和次反射镜，主反射镜为凹面二次旋转抛物面镜，次反射镜为凸面二次旋转抛物面镜，所述会聚成像系统包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述光电接收处理系统包括第一CCD探测器、第二CCD探测器、第三CCD探测器、第四CCD探测器和信号处理器。本发明基于旋转滤光片原理，使高光谱成像仪具有较高光谱分辨率，较高的光通量，以及较大的光谱测量范围，其获得的光谱影像的光谱宽度是由旋转滤光片的带宽所确定。

Description

一种基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，具体是一种基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪。

背景技术

高光谱成像仪是一种用来对物体的光谱和空间二维信息进行采集分析的光学仪器，应用于大气环境检测、温室气体分析、空气能见度测量、化学战剂检测、PM2.5分析等领域。单色器是高光谱成像仪的核心器件，用来对物体的光谱信息进行分解，以便获得需要的信息。根据所用的单色器不同，高光谱成像仪分为几种类型。

棱镜-光栅-棱镜（PGP）型高光谱成像仪采用普通棱镜和衍射光栅的组合来达到分光目的，在一定程度上弥补了棱镜和光栅单独作为分光元件时的谱线弯曲，有利于仪器的整体结构的装调，但其色散性能主要以其中的光栅为主，具有较宽的光谱测量范围和较高的光谱分辨率，但是由于受到光栅狭缝大小的限制，该方法难以获得较高的光通量，信噪比较低。

傅里叶变换型高光谱成像仪通过干涉仪的原理进行分光，通过探测像元辐射的干涉图，并利用计算机对干涉图进行傅里叶变换处理，获得像元的光谱分布。这种方法具有较高的光谱分辨率、较高的光通量、较高的信噪比，但是受限于光程差变化间隔难以太小，该方法主要用于红外光谱波段。

目前的高光谱成像仪难以同时兼顾光谱分辨率、光通量、光谱测量范围等特性。开发一种具有较高的综合性能的高光谱成像仪显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光通量高、光谱测量范围大的基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪，包括前置望远准直系统、单色器、会聚成像系统、光电接收处理系统和显示器，所述前置望远准直系统包括主反射镜和次反射镜，所述主反射镜的中间设置有开口，主反射镜中间的开口的尺寸大于次反射镜的出射平行光尺寸，所述次反射镜位于主反射镜和主反射镜的焦点之间，主反射镜的焦点与次反射镜的焦点位置重合，主反射镜为凹面二次旋转抛物面镜，次反射镜为凸面二次旋转抛物面镜，主反射镜和次反射镜的表面均涂有反射光学膜层；所述单色器位于主反射器的后端，所述会聚成像系统包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组分别位于单色器的四个通道出口处，所述光电接收处理系统包括第一CCD探测器、第二CCD探测器、第三CCD探测器、第四CCD探测器和信号处理器，所述第一CCD探测器、第二CCD探测器、第三CCD探测器和第四CCD探测器对应的位于会聚成像系统的后焦面位置，所述第一CCD探测器、第二CCD探测器、第三CCD探测器和第四CCD探测器均连接信号处理器。

作为本发明进一步的方案：所述的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组均由多个透镜组成。

作为本发明再进一步的方案：所述前置望远准直系统将目标发出的光转换成匹配单色器口径的平行光束，单色器接收平行光束并且进行光谱扫描，会聚成像系统将单色器输出的含有光谱信息的光束进行会聚，并将目标成像在光电接收处理系统的接收面上，光电接收处理系统将接收到的光信号转换成电信号，并进行相应的信号处理，送给显示器输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于旋转滤光片原理，使高光谱成像仪具有较高光谱分辨率，较高的光通量，以及较大的光谱测量范围，其获得的光谱影像的光谱宽度是由旋转滤光片的带宽所确定。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明的具体结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-2，一种基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪，包括前置望远准直系统、单色器、会聚成像系统、光电接收处理系统和显示器，所述前置望远准直系统包括主反射镜12和次反射镜13，主反射镜12将目标发出的光进行反射并会聚，会聚光束入射到次反射镜13表面，再被次反射镜13反射出去，形成小口径平行光出射；所述主反射镜12的中间设置有一开口，允许次反射镜13反射的平行光出射，主反射镜12中间的开口的尺寸大于次反射镜13的出射平行光尺寸，不阻挡平行光出射；所述次反射镜13位于主反射镜12和主反射镜12的焦点之间，主反射镜12的焦点与次反射镜13的焦点位置重合，主反射镜12为凹面二次旋转抛物面镜，次反射镜13为凸面二次旋转抛物面镜，主反射镜12和次反射镜13的表面均涂有反射光学膜层，将入射的光反射出去；所述单色器14位于主反射器12的后端，所述会聚成像系统包括第一透镜组15、第二透镜组16、第三透镜组17和第四透镜组18，所述第一透镜组15、第二透镜组16、第三透镜组17和第四透镜组18分别位于单色器14的四个通道出口处，第一透镜组15、第二透镜组16、第三透镜组17和第四透镜组18均由多个透镜组成，第一透镜组15、第二透镜组16、第三透镜组17和第四透镜组18将单色器14出射的光会聚并成像在会聚成像系统的后焦面上，所述光电接收处理系统包括第一CCD探测器19、第二CCD探测器20、第三CCD探测器21、第四CCD探测器22和信号处理器，所述第一CCD探测器19、第二CCD探测器20、第三CCD探测器21和第四CCD探测器22对应的位于会聚成像系统的后焦面位置，所述第一CCD探测器19、第二CCD探测器20、第三CCD探测器21和第四CCD探测器22均连接信号处理器，第一CCD探测器19、第二CCD探测器20、第三CCD探测器21和第四CCD探测器22接收会聚成像系统的后焦面上的光能量，并将光信号转换成电信号，信号处理器对第一CCD探测器19、第二CCD探测器20、第三CCD探测器21和第四CCD探测器22输出的电信号进行处理转换，得到物体的一维光谱信息和二维空间信息，并输出给显示器进行显示。

所述前置望远准直系统将目标发出的光转换成匹配单色器口径的平行光束，单色器接收平行光束并且进行光谱扫描，会聚成像系统将单色器输出的含有光谱信息的光束进行会聚，并将目标成像在光电接收处理系统的接收面上，光电接收处理系统将接收到的光信号转换成电信号，并进行相应的信号处理，送给显示器输出。

本发明基于旋转滤光片原理，使高光谱成像仪具有较高光谱分辨率，较高的光通量，以及较大的光谱测量范围，其获得的光谱影像的光谱宽度是由旋转滤光片的带宽所确定，实际应用中，可根据被测目标的需要灵活更换其中单色器14的通道数和测量光谱范围。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪，包括前置望远准直系统、单色器、会聚成像系统、光电接收处理系统和显示器，其特征在于，所述前置望远准直系统包括主反射镜（12）和次反射镜（13），所述主反射镜（12）的中间设置有开口，主反射镜（12）中间的开口的尺寸大于次反射镜（13）的出射平行光尺寸，所述次反射镜（13）位于主反射镜（12）和主反射镜（12）的焦点之间，主反射镜（12）的焦点与次反射镜（13）的焦点位置重合，主反射镜（12）为凹面二次旋转抛物面镜，次反射镜（13）为凸面二次旋转抛物面镜，主反射镜（12）和次反射镜（13）的表面均涂有反射光学膜层；所述单色器（14）位于主反射器（12）的后端，所述会聚成像系统包括第一透镜组（15）、第二透镜组（16）、第三透镜组（17）和第四透镜组（18），所述第一透镜组（15）、第二透镜组（16）、第三透镜组（17）和第四透镜组（18）分别位于单色器（14）的四个通道出口处，所述光电接收处理系统包括第一CCD探测器（19）、第二CCD探测器（20）、第三CCD探测器（21）、第四CCD探测器（22）和信号处理器，所述第一CCD探测器（19）、第二CCD探测器（20）、第三CCD探测器（21）和第四CCD探测器（22）对应的位于会聚成像系统的后焦面位置，所述第一CCD探测器（19）、第二CCD探测器（20）、第三CCD探测器（21）和第四CCD探测器（22）均连接信号处理器。

2.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪，其特征在于，所述的第一透镜组（15）、第二透镜组（16）、第三透镜组（17）和第四透镜组（18）均由多个透镜组成。

3.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪，其特征在于，所述前置望远准直系统将目标发出的光转换成匹配单色器口径的平行光束，单色器接收平行光束并且进行光谱扫描，会聚成像系统将单色器输出的含有光谱信息的光束进行会聚，并将目标成像在光电接收处理系统的接收面上，光电接收处理系统将接收到的光信号转换成电信号，并进行相应的信号处理，送给显示器输出。