CN106052870A - 一种高分辨率红外成像光谱仪及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高分辨率红外成像光谱仪，包括前置扫描反射镜、前置物镜组、狭缝阵列、准直物镜组和光栅棱镜组，所述狭缝阵列的狭缝方向与前置扫描反射镜的扫描方向垂直，所述光栅棱镜组后方依次设置有成像物镜组和红外探测器焦平面阵列，所述前置扫描反射镜的反射面与光轴呈45°倾角，所述的狭缝阵列设置在前置物镜组的焦面上，狭缝阵列的狭缝方向与红外探测器焦平面阵列的水平像素方向平行；还公开了一种高分辨率红外成像光谱仪的成像方法，本发明有效解决了空间分辨率、光谱分辨率以及成像数据率之间的矛盾，实现了大视场高数据率的光谱图像采集，在保证分辨率的前提下，极大提高光谱图像的数据率，并且结构紧凑，成本较低。
Description
技术领域
本发明属于红外光谱成像技术领域，具体涉及一种基于狭缝阵列扫描技术的高分辨率红外成像光谱仪，以及其成像方法。
背景技术
传统的成像光谱仪需要在成像速度和成像分辨率之间寻找到一个平衡点。
提高系统的空间维的像素数量则意味着系统可以对获得更大的视场或者对目标具有更高的分辨率，但是这给系统获得光谱图像的速率带来了很大的压力。
在很多应用中，需要成像光谱仪同时具有较高的空间分辨率、光谱分辨率、以及较高的成像速率。
因此有必要提出一种高分辨率的红外成像光谱仪，使得能够在获得高空间分辨率和光谱分辨率的超光谱图像数据时，不需要太牺牲成像速率，满足在线实时的光谱成像。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高分辨率红外成像光谱仪，其主要基于狭缝阵列扫描技术，克服了传统的光栅型成像光谱仪不能同时实现高帧频和高分辨率的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高分辨率红外成像光谱仪，包括设置在同一光轴上的前置扫描反射镜、前置物镜组、狭缝阵列、准直物镜组和光栅棱镜组，所述狭缝阵列的狭缝方向与前置扫描反射镜的扫描方向垂直，所述光栅棱镜组后方依次设置有成像物镜组和红外探测器焦平面阵列，所述前置扫描反射镜的反射面与光轴呈45°倾角，所述的狭缝阵列设置在前置物镜组的焦面上，狭缝阵列的狭缝方向与红外探测器焦平面阵列的水平像素方向平行。
所述的一种高分辨率红外成像光谱仪，其狭缝阵列为一片交替设置有多个阴影区域和非阴影狭缝区域的镀膜平面镜片。
其中，所述的多个狭缝区域相互平行且均匀分布于平面镜片上。
其中，所述的狭缝区域宽度为0.1—0.5mm。
其中，所述的阴影区域在8—14μm波段截止，所述的狭缝区域在8—14微米波段透过率大于85%。
其中，所述的狭缝区域有四条。
本发明的目的之二在于提供一种高分辨率红外成像光谱仪的成像方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高分辨率红外成像光谱仪的成像方法，包括以下步骤：
a）、前置扫描反射镜在垂直于狭缝的方向对目标进行扫描，目标场景通过前置物镜组成像在狭缝阵列上，目标的条带像经准直物镜组后照射到光栅棱镜组上，光栅棱镜组将接收到的条带视场的红外辐射在垂直于狭缝的方向上进行色散，并由成像物镜组汇聚在红外探测器焦平面阵列上；
b）、红外探测器焦平面阵列将接收到的红外辐射信号转换为电信号，即得到目标的条带像的光谱图像；
c）、系统存储下目标场景不同位置的条带的光谱图像，通过后期的图像合成，即可以得到目标场景的三维光谱数据立方。
本发明的有益效果是：
（1）采用狭缝阵列，可以同时采集目标场景中多个条带的光谱图像，有效解决了空间分辨率、光谱分辨率以及成像数据率之间的矛盾；
（2）采用前置扫描反射镜扫描和狭缝阵列相结合，实现大视场高数据率的光谱图像采集；
（3）本发明的红外成像光谱仪结构紧凑，成本较低，可以适用于各种小型化的应用平台，应用范围广泛。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明的狭缝阵列示意图。
各附图标记为：1—前置扫描反射镜，2—前置物镜组，3—狭缝阵列，31—阴影区域，32—狭缝区域，4—准直物镜组，5—光栅棱镜组，6—成像物镜组，7—红外探测器焦平面阵列。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1所示，本发明公开了一种高分辨率红外成像光谱仪，包括设置在同一光轴上以一定的角度扫描目标的前置扫描反射镜1、实现目标场景红外辐射能量聚焦的前置物镜组2、狭缝阵列3、准直物镜组4以及光栅棱镜组5，所述狭缝阵列3的狭缝方向与前置扫描反射镜1的扫描方向垂直，以实现多通道光谱的像的同时采集，提高光谱图像的采集速率，狭缝阵列3作为视场光阑使物体条带的像通过，挡掉其它部分的光，所述光栅棱镜组5后方依次设置有成像物镜组6和红外探测器焦平面阵列7，所述前置扫描反射镜1的反射面与光轴呈45°倾角，所述的狭缝阵列3设置在前置物镜组2的焦面上，狭缝阵列3的狭缝方向与红外探测器焦平面阵列7的水平像素方向平行。
参照图2所示，所述的狭缝阵列3为一片交替设置有多个阴影区域31和非阴影狭缝区域32的镀膜平面镜片，所述的多个狭缝区域32相互平行且均匀分布于平面镜片上，所述的狭缝区域32宽度x根据具体的应用来设计，通常可以设定为0.1—0.5mm，但不必要限定于0.1—0.5mm，所述的阴影区域31在8—14μm波段截止，所述的狭缝区域32实现了狭缝的功能，他们在8—14微米波段透过率大于85%，作为一种具体的实施例，所述的狭缝区域32有四条。
本红外成像光谱仪采用前置物镜组2实现目标场景红外辐射能量聚焦；采用狭缝阵列3实现多通道光谱图像同时采集，大大提高光谱图像的采集速率；采用光栅棱镜组5以及红外探测器焦平面阵列7实现多通道线视场红外辐射的光谱数据立方的采集；采用前置扫描反射镜1进行多通道线视场同时扫描，实现整个红外场景的光谱数据立方的采集。
一种高分辨率红外成像光谱仪的成像方法，包括以下步骤：
a）、前置扫描反射镜1在垂直于狭缝的方向对目标进行扫描，将前置物镜组形成的目标像一次透过狭缝阵列3，目标场景通过前置物镜组2成像在狭缝阵列3上，目标的条带像经准直物镜组4后照射到光栅棱镜组5上，光栅棱镜组5将接收到的条带视场的红外辐射在垂直于狭缝的方向上进行色散，并由成像物镜组6汇聚在红外探测器焦平面阵列7上。
b）、红外探测器焦平面阵列7将接收到的红外辐射信号转换为电信号，即可以得到目标的条带像的光谱图像。
c）、系统存储下目标场景不同位置的条带的光谱图像，通过后期的图像合成，即可以得到目标场景的三维光谱数据立方。
本发明获得红外光谱图像数据的方法如下所述。
目标场景的红外辐射经前置物镜组2聚焦在后焦面上。
前置扫描反射镜1在垂直于狭缝方向的方向上进行摆扫，假设扫描的角度范围为-θ—θ，每当转过角度δ，红外探测器焦平面阵列7采集一次数据。
假设前置扫描反射镜1旋转的角度为α，则此时，位于前置物镜组2焦面上的多条狭缝区域32可以透过红外辐射信号，透过这四处狭缝区域32的红外辐射信号依次经过准直物镜组4、光栅棱镜组5、成像物镜组6，最终被红外探测器焦平面阵列7接收，此时红外探测器焦平面阵列7可以同时接收目标场景四个不同位置的条带窗口的红外光谱数据。
前置扫描反射镜1从-θ转动到θ，系统可以接收到目标场景若干个相互之间连续的条带视场的光谱图像，系统根据条带视场的几何位置，对这些光谱图像进行整合，最终可以得到整个目标场景的光谱图像数据立方。
本发明有效解决了空间分辨率、光谱分辨率以及成像数据率之间的矛盾，实现了大视场高数据率的光谱图像采集，在保证分辨率的前提下，极大提高光谱图像的数据率，并且结构紧凑，成本较低，可以适用于各种小型化的应用平台，应用范围广泛；同时，本发明的红外成像光谱仪还采用了内置的光谱和辐射定标系统，可以实现现场级光谱辐射定标校正。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高分辨率红外成像光谱仪，其特征在于：包括设置在同一光轴上的前置扫描反射镜（1）、前置物镜组（2）、狭缝阵列（3）、准直物镜组（4）和光栅棱镜组（5），所述狭缝阵列（3）的狭缝方向与前置扫描反射镜（1）的扫描方向垂直，所述光栅棱镜组（5）后方依次设置有成像物镜组（6）和红外探测器焦平面阵列（7），所述前置扫描反射镜（1）的反射面与光轴呈45°倾角，所述的狭缝阵列（3）设置在前置物镜组（2）的焦面上，狭缝阵列（3）的狭缝方向与红外探测器焦平面阵列（7）的水平像素方向平行。
2.根据权利要求1所述的一种高分辨率红外成像光谱仪，其特征在于，所述的狭缝阵列（3）为一片交替设置有多个阴影区域（31）和非阴影狭缝区域（32）的镀膜平面镜片。
3.根据权利要求2所述的一种高分辨率红外成像光谱仪，其特征在于，所述的多个狭缝区域（32）相互平行且均匀分布于平面镜片上。
4.根据权利要求2所述的一种高分辨率红外成像光谱仪，其特征在于，所述的狭缝区域（32）宽度为0.1—0.5mm。
5.根据权利要求2所述的一种高分辨率红外成像光谱仪，其特征在于，所述的阴影区域（31）在8—14μm波段截止，所述的狭缝区域（32）在8—14微米波段透过率大于85%。
6.根据权利要求2至5任意一项所述的一种高分辨率红外成像光谱仪，其特征在于，所述的狭缝区域（32）有四条。
7.一种如权利要求1所述红外成像光谱仪的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）、前置扫描反射镜（1）在垂直于狭缝的方向对目标进行扫描，目标场景通过前置物镜组（2）成像在狭缝阵列（3）上，目标的条带像经准直物镜组（4）后照射到光栅棱镜组（5）上，光栅棱镜组（5）将接收到的条带视场的红外辐射在垂直于狭缝的方向上进行色散，并由成像物镜组（6）汇聚在红外探测器焦平面阵列（7）上；
b）、红外探测器焦平面阵列（7）将接收到的红外辐射信号转换为电信号，即得到目标的条带像的光谱图像；
c）、系统存储下目标场景不同位置的条带的光谱图像，通过后期的图像合成，即可以得到目标场景的三维光谱数据立方。
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|---|---|
| CN (1) | CN106052870A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106382985A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-08 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种利用多狭缝实现的光谱成像方法及其使用装置 |
| CN107290056A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-10-24 | 中国科学院半导体研究所 | 拉曼光谱测试系统 |
| CN107356336A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-11-17 | 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七七研究所） | 一种小型长波红外成像光谱仪及其成像方法 |
| CN110793922A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-14 | 北京绿土科技有限公司 | 一种基于手机的土壤光谱数据采集方法 |
| CN111623876A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-09-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于s矩阵狭缝阵列的推扫式高光谱成像系统及方法 |
| WO2020181583A1 (zh) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | 华域视觉科技 (上海) 有限公司 | 基于红外线的路面监控系统及方法、汽车 |
| CN112816068A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-18 | 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） | 红外光谱成像系统及其光谱图像重构方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060061857A1 (en) * | 2004-09-22 | 2006-03-23 | Lee Suk-Won | Confocal scanning microscope using two nipkow disks |
| CN101344727A (zh) * | 2008-06-26 | 2009-01-14 | 上海微电子装备有限公司 | 一种调焦调平探测装置及方法 |
| CN101975610A (zh) * | 2010-09-03 | 2011-02-16 | 北京理工大学 | 一种扫描成像光谱仪光路结构 |
-
2016
- 2016-05-23 CN CN201610344273.7A patent/CN106052870A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060061857A1 (en) * | 2004-09-22 | 2006-03-23 | Lee Suk-Won | Confocal scanning microscope using two nipkow disks |
| CN101344727A (zh) * | 2008-06-26 | 2009-01-14 | 上海微电子装备有限公司 | 一种调焦调平探测装置及方法 |
| CN101975610A (zh) * | 2010-09-03 | 2011-02-16 | 北京理工大学 | 一种扫描成像光谱仪光路结构 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘晓梅: ""反射式宽视场高分辨率成像光谱仪光学系统研究"", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
| 林耀海,石光明,王立志,高大化: ""一种多狭缝推扫式光谱成像方法"", 《西安电子科技大学学报》 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106382985B (zh) * | 2016-10-28 | 2018-07-31 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种利用多狭缝实现的光谱成像方法及其使用装置 |
| CN106382985A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-08 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种利用多狭缝实现的光谱成像方法及其使用装置 |
| CN107356336A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-11-17 | 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七七研究所） | 一种小型长波红外成像光谱仪及其成像方法 |
| CN107356336B (zh) * | 2017-06-29 | 2019-03-19 | 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） | 一种小型长波红外成像光谱仪及其成像方法 |
| CN107290056A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-10-24 | 中国科学院半导体研究所 | 拉曼光谱测试系统 |
| CN107290056B (zh) * | 2017-06-30 | 2019-08-16 | 中国科学院半导体研究所 | 拉曼光谱测试系统 |
| WO2020181583A1 (zh) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | 华域视觉科技 (上海) 有限公司 | 基于红外线的路面监控系统及方法、汽车 |
| US11340063B2 (en) | 2019-03-14 | 2022-05-24 | Hasco Vision Technology Co., Ltd. | Infrared-based road surface monitoring system and method, and automobile |
| CN110793922A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-14 | 北京绿土科技有限公司 | 一种基于手机的土壤光谱数据采集方法 |
| CN111623876A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-09-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于s矩阵狭缝阵列的推扫式高光谱成像系统及方法 |
| CN111623876B (zh) * | 2020-07-01 | 2023-09-12 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于s矩阵狭缝阵列的推扫式高光谱成像系统及方法 |
| CN112816068A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-18 | 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） | 红外光谱成像系统及其光谱图像重构方法 |
| CN112816068B (zh) * | 2020-12-29 | 2023-12-26 | 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） | 红外光谱成像系统及其光谱图像重构方法 |
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