CN106382985B - 一种利用多狭缝实现的光谱成像方法及其使用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学领域，尤其涉及一种利用多狭缝实现的光谱成像方法及其使用装置。本发明利用通过在前置成像镜一次像面处设置多狭缝组件，同时得到多个目标的光谱图像。利用推扫，对同一目标多次成像，可以将多帧数据中对同一目标的光谱信息进行叠加，成倍提高提高目标有效能量，进而提高图像信噪比。有效的解决了高分辨率成像光谱仪能量不足、信噪比低的缺点。

Description

一种利用多狭缝实现的光谱成像方法及其使用装置
技术领域
本发明属于光学领域，尤其涉及一种利用多狭缝实现的光谱成像方法及其使用装置。
背景技术
光谱成像技术融合了光谱技术与成像技术，同时获得目标的几何特性与辐射特性，实现目标特性的综合探测与识别。随着空间遥感应用对目标特性的精细识别要求的不断提高，光谱成像仪器的光谱分辨率、空间分辨率指标不断提升。
应用于空间遥感的光谱成像技术主要有色散型和干涉型两种技术原理。其中干涉型又分为时间调制干涉光谱成像技术、空间调制干涉光谱成像技术和时空联合调制干涉光谱技术。
色散型和空间调制静态干涉光谱成像技术都能够能在连续谱段上对同一目标同时成像，无运动部件，一次成像获得视场内一维地物目标图像及光谱信息；同时通过飞行器平台飞行推扫获得另一维地物目标图谱信息。
根据光谱成像技术原理，光谱成像技术使用大面阵光电探测器，一次曝光获得一维线状地物的光谱信息，所以地物目标的辐射能量信息需要在光谱方向展开，每个探测器像元获得某个地物某个谱段的辐射能量。随着应用需求对地元分辨率、光谱分辨率的提高，每个探测器像元获取的能量信息就会相应减少，影响图像质量和信噪比，从而限制了高分辨率光谱成像仪的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用多狭缝实现的光谱成像方法及其使用装置，用以解决现有技术中图像质量差、信噪比低的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：提供一种利用多狭缝实现的光谱成像方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1)将k个地元目标反射光，在k个均匀分布的平行狭缝处进行一次选通成像，形成k个目标像；每个狭缝对应一行像元，狭缝的宽度与后续光路参数符合光谱成像原理，同时采集多行地物目标的光谱信息；k个目标像间隔M行像元，M不小于仪器获取需要谱段数的最小采样点数N；
2)将k个目标像分别分光形成k组相干光(或色散光)；
3)k组相干光(或色散光)成像形成k幅干涉(或色散)图像；
4)推扫形成i帧、j行图像；
5)从所有图像中挑选I(i＝k，j＝1～M)、I(i＝M+k，j＝M+1～M)以此类推，I(i＝(k-1)*M+k，j＝(k-1)*M+1～M)，形成第k个目标的k次记录，每次记录M行光谱数据；
6)计算I(1)＝I(k，1)+I(M+k，M+1)+……+I((k-1)*M+k，(k-1)*M+1)；
I(2)＝I(k，2)+I(M+k，M+2)+……+I((k-1)*M+k，(k-1)*M+2)；
以此类推
I(M)＝I(k，M)+I(M+k，2M)+……+I((k-1)*M+k，k*M)得到第k个目标的k次积分的M行光谱数据；
7)对积分后的光谱数据进行数据反演得到第k个目标的光谱图；
8)取k＝1，重复上述步骤4)～步骤7)，即可得到第1个目标的光谱图；取k＝2，重复上述步骤4)～步骤7)，即可得到第2个目标的光谱图，以此类推，即可得到k个地元目标的光谱图。
本发明还提供一种利用多狭缝实现的光谱成像装置，包括前置成像镜、分光组件、后组成像组件和探测器，其特殊之处在于：还包括设置在前置成像镜和分光组件之间的多狭缝组件。
上述多狭缝组件上设置2-10条横向狭缝。
本发明的有益效果是：本发明利用通过在前置成像镜一次像面处设置多狭缝组件，同时得到多个目标的光谱图像。利用推扫，对同一目标多次成像，可以将多帧数据中对同一目标的光谱信息进行叠加，成倍提高提高目标有效能量，进而提高图像信噪比。有效的解决了高分辨率成像光谱仪能量不足、信噪比低的缺点。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的多狭缝组件结构示意图；
图中，1-光谱仪前置成像镜，2-多狭缝组件，3-光谱仪分光组件，4-后组成像组件，5-光谱仪探测器。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图说明对本发明加以详细说明。
如图1、2所示，实施例提供一种利用多狭缝实现的光谱成像方法，包括以下步骤：
1)将k个地元目标反射光，在k个均匀分布的平行狭缝处进行一次选通成像，形成k个目标像；每个狭缝对应一行像元，狭缝的宽度与后续光路参数符合光谱成像原理，同时采集多行地物目标的光谱信息；k个目标像间隔M行像元，M不小于仪器获取需要谱段数的最小采样点数N；
2)将k个目标像分别分光形成k组相干光(或色散光)；
3)k组相干光(或色散光)成像形成k幅干涉(或色散)图像；
4)推扫形成i帧、j行图像；
5)从所有图像中挑选I(i＝k，j＝1～M)、I(i＝M+k，j＝M+1～M)以此类推，I(i＝(k-1)*M+k，j＝(k-1)*M+1～M)，形成第k个目标的k次记录，每次记录M行光谱数据；
6)计算I(1)＝I(k，1)+I(M+k，M+1)+……+I((k-1)*M+k，(k-1)*M+1)；
I(2)＝I(k，2)+I(M+k，M+2)+……+I((k-1)*M+k，(k-1)*M+2)；
以此类推
I(M)＝I(k，M)+I(M+k，2M)+……+I((k-1)*M+k，k*M)得到第k个目标的k次积分的M行光谱数据；
7)对积分后的光谱数据进行数据反演得到第k个目标的光谱图；
8)取k＝1，重复上述步骤4)～步骤7)，即可得到第1个目标的光谱图；取k＝2，重复上述步骤4)～步骤7)，即可得到第2个目标的光谱图，以此类推，即可得到k个地元目标的光谱图。
实施例还提供一种利用多狭缝实现的光谱成像装置，包括前置成像镜、分光组件、后组成像组件和探测器，还包括设置在前置成像镜和分光组件之间的多狭缝组件。
上述多狭缝组件上设置2-10条横向狭缝。
例如狭缝数k＝3，每个狭缝在探测器上成像间隔M＝4，探测器面阵行数j＝12，光谱信息如下表所示：
表中I(1，1～4)、I(5，5～8)、I(9，9～12)是同一行地元(第1帧第1个狭缝对应地元目标)对应的光谱图。
计算I1＝I(1，1)+I(5，5)+I(9，9)；
I2＝I(1，2)+I(5，6)+I(9，10)；
I3＝I(1，3)+I(5，7)+I(9，11)；
I4＝I(1，4)+I(5，8)+I(9，12)；
重排(I1，I2，I3，I4)即为第1帧第1个狭缝对应地元目标的光谱图；通过推扫即可得到所有地面目标的光谱图。

Claims (1)

1.一种利用多狭缝实现的光谱成像装置的光谱成像方法，所述利用多狭缝实现的光谱成像装置包括前置成像镜、分光组件、后组成像组件和探测器，还包括设置在前置成像镜和分光组件之间的多狭缝组件；所述多狭缝组件上设置2-10条横向狭缝；其特征在于：包括以下步骤：
1)将k个地元目标反射光，在k个均匀分布的平行狭缝处进行一次选通成像，形成k个目标像；每个狭缝对应一行像元，狭缝的宽度与后续光路参数符合光谱成像原理，同时采集多行地物目标的光谱信息；k个目标像间隔M行像元，M不小于仪器获取需要谱段数的最小采样点数N；
2)将k个目标像分别分光形成k组相干光或色散光；
3)k组相干光或色散光成像形成k幅干涉或色散图像；
4)推扫形成i帧、j行图像；
5)从所有图像中挑选I(i＝k，j＝1～M)、I(i＝M+k，j＝M+1～M)以此类推，I(i＝(k-1)*M+k，j＝(k-1)*M+1～M)，形成第k个目标的k次记录，每次记录M行光谱数据；
6)计算I(1)＝I(k，1)+I(M+k，M+1)+……+I((k-1)*M+k，(k-1)*M+1)；
I(2)＝I(k，2)+I(M+k，M+2)+……+I((k-1)*M+k，(k-1)*M+2)；
以此类推
I(M)＝I(k，M)+I(M+k，2M)+……+I((k-1)*M+k，k*M)得到第k个目标的k次积分的M行光谱数据；
7)对积分后的光谱数据进行数据反演得到第k个目标的光谱图；
8)取k＝1，重复上述步骤4)～步骤7)，即可得到第1个目标的光谱图；取k＝2，重复上述步骤4)～步骤7)，即可得到第2个目标的光谱图，以此类推，即可得到k个地元目标的光谱图。
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