CN108731808B - Ims型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法及装置，其中，方法包括：根据IMS系统成像原理和数理模型，代入实际参数进行成像过程的仿真，并根据仿真结果确定定标光路中狭缝掩模最优的尺寸与位置参数；并根据狭缝掩模的尺寸参数制作狭缝掩膜，根据位置参数在光路中设置狭缝掩模，以减少串扰，进行子孔径中心位置定标的实验。该方法具有显著提高各个子孔径中心位置标定准确度的优点，且不增加系统整体尺寸、无需提高镜面加工工艺，适用性强。
Description
技术领域
本发明涉及成像光谱仪技术领域，特别涉及一种IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法及装置。
背景技术
基于IMS(Snapshot Image mapping spectrometer,像面分割和孔径投影的快照式成像光谱仪)是一种新型的成像光谱仪，其探测过程无需扫描，可以一次曝光成像得到目标完整的三维数据立方体，包含二维空间信息和一维光谱信息。同时具有高通量、结构紧凑和数据处理简单等优点。近年来在生物医学、安全生产监测和遥感探测等领域获得了广泛的应用。
为了能够获得准确的三维数据立方体，需要对该IMS型快照式成像光谱仪进行光谱定标。该型成像光谱仪是一种分像面型快照式成像光谱仪，其利用微反射镜阵列将目标的一次像分割成数百个区域(子图像区域)，并投射到不同的方向，再利用棱镜分光，从而将目标的空间信息和光谱信息同时调制成像在面阵探测器上，而光谱标定就是确定各个光谱通道中心波长在面阵探测器上所对应的位置坐标。标定中心波长的位置时，需要知道探测器上响应像元的位置坐标，所以首先要标定每一个子图像中心点的位置坐标，微反射镜阵列会将一次像分割反射到不同方向，形成规律排布的孔径阵列，而每一个子孔径的中心对应着探测器上子图像的中心，所以子孔径中心位置定标的准确性直接影响了光谱定标的准确度。由于该成像光谱仪结构特点，由微反射镜阵列和准直镜形成的子孔径阵列面上的光强分布，相邻子孔径间会发生光线的串扰(Cross Talk)。而该串扰是由于微反射镜狭长的形状所引起的衍射现象和子孔径间较小的间距造成的，这会对探测数据的准确性造成影响，直接影响子孔径中心位置标定的准确性，从而影响光谱定标的准确性。
现有技术中，减少串扰的常见方法主要是：增大相邻子孔径的间距；改善加工方法，完善微反射镜面的加工精度，使得镜面更平整；子孔径阵列面添加光阑阵列，挡住部分串扰光线。以上方法均具有局限性，受限于系统整体尺寸，无法将相邻子孔径间距做的足够大；由于精密加工工艺的限制，微反射镜面会形成一定的面型误差，造成更大的衍射弥散。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法，该方法具有显著提高各个子孔径中心位置标定准确度的优点。
本发明的另一个目的在于提出一种IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法，包括以下步骤：通过IMS系统实际参数进行成像原理和数理模型的仿真，并根据仿真结果确定最优的定标光路中狭缝掩模的尺寸与位置参数；并根据狭缝掩模的尺寸与位置参数在光路中设置狭缝掩模，以减少串扰，进行子孔径中心位置定标的实验。
本发明实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法，通过设置狭缝掩模，以减少串扰，进而完成子孔径中心位置定标，具有显著提高各个子孔径中心位置标定准确度的优点，且不不增加系统整体尺寸、无需提高镜面加工工艺，适用性强。
另外，根据本发明上述实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据IMS系统成像原理和数理模型，在光路中设置狭缝掩模以减少串扰，进一步包括：将所述狭缝掩膜设置在微反射镜阵列前的位置，并通过遮挡非待标定条带将光线反射到探测器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，移动所述狭缝掩模，以对每一个子孔径中心位置进行单独定标。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过双狭缝对所述非待标定条带的入射光线和出射光线进行完全遮挡。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述子孔径中心位置采用均匀面光源标定且探测器放置在准直镜的后焦面位置，以进行准确定位。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置，包括：入射光路系统，入射光路系统由均匀光源、孔径光阑和像方远心成像镜组成，将来自目标的光线汇聚到微反射镜阵列上；遮光模块，根据IMS系统成像原理和数理模型的仿真结果在微反射镜前设置参数最优的狭缝掩模，以减少串扰，通过双狭缝对非待标定条带的入射光线和出射光线进行完全遮挡；反射光路系统，出射光线经过准直镜成像在探测器上；成像采集模块，通过探测器图像采集装置得到定标图像。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法的装置示意图；
图3为根据本发明一个实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法的光路示意图；
图4为根据本发明实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置的狭缝掩膜设计示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法。
图1为根据本发明实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法的流程图。
如图1所示，该IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法包括以下步骤：
根据IMS系统成像原理和数理模型，代入实际参数进行成像过程的仿真，并根据仿真结果确定定标光路中狭缝掩模最优的尺寸与位置参数；
并根据狭缝掩模的尺寸参数制作狭缝掩膜，根据位置参数在光路中设置狭缝掩模，以减少串扰，进行子孔径中心位置定标的实验。
如图2所示，在微反射镜阵列前的位置加入狭缝掩膜，通过遮挡其他条带，只有待标定的条带才能将光线反射到探测器上，从而避免了串扰的影响，通过移动狭缝就可以实现对每一个子孔径中心位置的单独定标。
如图3所示，从几何光学的原理出发，为了实现对其他条带入射光线和出射光线的完全遮挡，采用了双狭缝的设计。其中，w表示微反射镜单个条带宽度，L表示微反射镜阵列到狭缝的距离，a和b分别表示狭缝间距和狭缝宽度。
在本发明的一个实施例中，根据确定的参数，运用该定标系统对IMS快照式成像光谱仪进行子孔径中心位置定标实验。子孔径中心位置标定采用均匀面光源，不加棱镜色散装置，探测器直接放置在准直镜的后焦面处。
在本发明的一个实施例中，通过仿真实验方法验证，该实施例对IMS成像光谱仪的各个子孔径中心位置定标精度达到1um，与未改进方案前的定标精度5um相比,有显著提升。
本发明实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法，通过设置狭缝掩模，以减少串扰，并采集狭缝掩模的尺寸与位置参数，进而完成子孔径中心位置定标，具有显著提高各个子孔径中心位置标定准确度的优点，且不不增加系统整体尺寸、无需提高镜面加工工艺，适用性强。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置。
图4为根据本发明实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置的狭缝掩膜设计示意图。
如图4所示，是该IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置狭缝掩膜设计示意图。
其中，狭缝掩膜的制作要求包括：狭缝精度195um宽，误差不超过5um；需要保证整个掩膜板的硬度，避免在实验过程装夹的时候产生弯曲，影响实验效果；掩膜板的表面要镀黑，保证不会反光，也不会透光；掩膜板的厚度设计值为0.1mm。
进一步地，在本发明的一个实施例中，将所述狭缝掩模设置在微反射镜阵列前的位置，并通过遮挡非待标定条带，以实现只有待标定的条带才能将光线反射到探测器，以避免串扰的影响。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过移动所述狭缝掩模，以对每一个子孔径中心位置进行单独定标。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述狭缝掩模采用双狭缝的设计，通过双狭缝对所述非待标定条带的入射光线和出射光线进行完全遮挡。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述子孔径中心位置采用均匀面光源标定，不加棱镜色散装置，且探测器放置在准直镜的后焦面位置，以进行准确定位。
需要说明的是，前述对IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法实施例的解释说明也适用于该实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置，此处不再赘述。
本发明实施例的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法，通过设置狭缝掩模，以减少串扰，并采集狭缝掩模的尺寸与位置参数，进而完成子孔径中心位置定标，具有显著提高各个子孔径中心位置标定准确度的优点，且不不增加系统整体尺寸、无需提高镜面加工工艺，适用性强。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据IMS系统成像原理和数理模型，代入实际参数进行成像过程的仿真，并根据所述仿真结果确定定标光路中狭缝掩膜最优的尺寸与位置参数；
并根据所述狭缝掩膜的尺寸参数制作狭缝掩膜，根据所述位置参数在光路中设置狭缝掩膜，以减少串扰，进行子孔径中心位置定标的实验，其中，将所述狭缝掩膜设置在微反射镜阵列前的位置，并通过遮挡非待标定条带将光线反射到探测器，移动所述狭缝掩膜，以对每一个子孔径中心位置进行单独定标。
2.根据权利要求1所述的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法，其特征在于，所述狭缝掩膜采用双狭缝的设计，通过双狭缝对所述非待标定条带的入射光线和出射光线进行完全遮挡。
3.根据权利要求1所述的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标方法，其特征在于，所述子孔径中心位置采用均匀面光源标定且探测器放置在准直镜的后焦面位置，以进行准确定位。
4.一种IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置，包括：
入射光路系统，所述入射光路系统由均匀光源、孔径光阑和像方远心成像镜组成，将来自目标的光线汇聚到微反射镜阵列上；
遮光模块，根据所述IMS系统成像原理和数理模型的仿真结果在所述微反射镜阵列前设置参数最优的狭缝掩膜，以减少串扰，通过双狭缝对非待标定条带的入射光线和出射光线进行完全遮挡；
反射光路系统，出射光线经过准直镜成像在探测器上；
成像采集模块，通过探测器图像采集装置得到定标图像。
5.根据权利要求4所述的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置，其特征在于，将所述狭缝掩膜设置在微反射镜阵列前的位置，并通过遮挡非待标定条带，以实现只有待标定的条带才能将光线反射到探测器，以避免串扰的影响。
6.根据权利要求5所述的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置，其特征在于，通过移动所述狭缝掩膜，以对每一个子孔径中心位置进行单独定标。
7.根据权利要求6所述的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置，其特征在于，所述狭缝掩膜采用双狭缝的设计，通过双狭缝对所述非待标定条带的入射光线和出射光线进行完全遮挡。
8.根据权利要求4所述的IMS型快照式成像光谱仪子孔径中心位置定标装置，其特征在于，所述子孔径中心位置采用均匀面光源标定，不加棱镜色散装置，且探测器放置在准直镜的后焦面位置，以进行准确定位。
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