CN108896179B - DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置 - Google Patents
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Abstract
DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置属于红外光谱成像技术领域。现有技术不能满足全天候光谱成像需求；空间分辨率及光谱分辨率低；所采用的微透镜阵列工艺复杂、不易加工；所采用的平面光栅会产生光谱谱线弯曲和色畸变问题。本发明其特征在于，中波红外DMD的工作面位于中波红外消色差变焦物镜组的像面处，对称Offner色散系统的物面与中波红外消色差变焦物镜组的像面重合，在对称Offner色散系统的出射光路上设置制冷型中波红外探测器，且制冷型中波红外探测器的感光面位于对称Offner色散系统的像面处；在对称Offner色散系统中，球面反射镜和球面反射光栅曲率中心相同；制冷型中波红外探测器与图像采集卡连接，图像采集卡、计算机、中波红外DMD依次连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置，属于红外光谱成像技术领域。
背景技术
为解决光谱成像系统光谱微弱、噪声来源多的问题，在现有技术中出现了一种基于DMD(数字微镜阵列)的孔径编码光谱成像技术。申请公布号为CN105675136A的一件中国发明专利申请公布了一项题为“一种编码孔径光谱成像系统”的方案，该方案采用DMD作为编码器件实现光谱成像。如图1所示，所述编码孔径光谱成像系统由前置成像系统2、DMD3、准直系统4、反射光栅5、微透镜阵列6和探测器7构成。在成像过程中，前置成像系统2将待探测物体1成像在DMD3上，被孔径编码调制后的图像经准直系统4入射到反射光栅5上发生色散，得到空间和光谱混合图像，再经过具有滤光功能的微透镜阵列6得到多个图像，聚焦成像在探测器7上，得到待探测物体1的光谱信息。微透镜阵列6采取分区域融合成像方式，以窄带滤光片取代以往光谱成像系统中的狭缝，提高了单一光谱通道的空间分辨率。由于加入空间维编码，提高了光谱图像的信噪比。不过，该方案还存在诸多不足。首先，由于该光谱成像系统限于可见光光谱成像波段，因此，尚不能满足实现全天候光谱成像需求。其次，所用到的微透镜阵列6在其余光谱区域依然存在图谱混叠，空间分辨率没有本质提升，并且，由于窄带滤光片的光谱范围限制，反而会造成光谱分辨率下降，同时，微透镜阵列工艺复杂、不易加工。第三，光路中的反射光栅5为平面光栅，会产生光谱谱线弯曲和色畸变问题。
发明内容
为了实现中波红外波段光谱成像，克服因微透镜阵列和平面光栅的使用而产生的弊端，我们发明了一种DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置。
本发明之DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置其特征在于，如图2所示，中波红外DMD9的工作面位于中波红外消色差变焦物镜组8的像面处，对称Offner色散系统的物面与中波红外消色差变焦物镜组8的像面重合，在对称Offner色散系统的出射光路上设置制冷型中波红外探测器12，且制冷型中波红外探测器12的感光面位于对称Offner色散系统的像面处；在对称Offner色散系统中，球面反射镜10和球面反射光栅11曲率中心相同；制冷型中波红外探测器12与图像采集卡13连接，图像采集卡13、计算机14、中波红外DMD9依次连接。
本发明之DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置其光谱成像过程如下所述。中波红外消色差变焦物镜组8将待探测目标成像在所述中波红外DMD9上；在计算机14控制下，由中波红外DMD9对待探测目标的像进行快速Hadamard编码调制，得到空间维编码目标图像；所述空间维编码目标图像通过对称Offner色散系统后在对称Offner色散系统像面处得到色散的像，并且是空间和光谱混合图像，并由制冷型中波红外探测器12将中波红外空间和光谱混合图像转换为电信号，经由图像采集卡13传送给计算机14，探测器感光面上的每一个像元接收的图像都是待探测目标的像经空间编码和色散后的光谱信息的叠加和组合；计算机14对所接收的多个图像进行称重解码，复原得到所述待探测目标的光谱特征，智能处理所有光谱数据，并实时成像。采用DMD在空间维上进行编码和称重解码，数据相关性强，能够发挥良好的称量效应，光谱信息实时采集，复原算法准确、计算时间短，适合动态特征的光谱连续成像及检测。
在本发明之DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置中，中波红外DMD9与计算机14配合，利用Hadamard变换成像技术实现对待探测目标的像的编码调制，取代现有技术中的微透镜阵列6，简化了光谱成像装置的结构，减小了光谱成像装置的体积，提高了光谱分辨率，也提高了中波红外波段的空间分辨率。对称Offner色散系统具有回转对称性，且对称轴通过球面反射镜10和球面反射光栅11光学面的共同曲率中心，横向像差如彗差、畸变、子午场曲等因此自动消除；相对于现有技术采用的平面光栅，所述对称Offner色散系统中的球面反射光栅11能够很好消除谱线弯曲和色畸变；利用一个对称Offner色散系统就实现了红外光谱的分离和聚合，成像装置光学结构得到大幅简化。
附图说明
图1是现有一种编码孔径光谱成像系统结构示意图。图2是本发明之DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置结构示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施方式
本发明之DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置其具体方案如下所述。如图2所示，中波红外DMD9的工作面位于中波红外消色差变焦物镜组8的像面处。中波红外消色差变焦物镜组8工作波段为3～5μm，在中波红外消色差变焦物镜组8中，自物方至像方依次为前固定组、变倍组、补偿组和后固定组。中波红外DMD9中的窗口材料为单质硅，如单晶硅或者多晶硅，镀有3～5μm增透膜。中波红外DMD9中的微镜镜面镀有3～5μm高反射膜，如铝膜。对称Offner色散系统的物面与中波红外消色差变焦物镜组8的像面重合。在对称Offner色散系统中，球面反射镜10和球面反射光栅11曲率中心相同，曲率半径比为2﹕1；对称Offner色散系统的物面、像面位置由球面反射镜10与球面反射光栅11间距及曲率半径比决定；球面反射镜10镀有3～5μm高反射膜。在对称Offner色散系统的出射光路上设置制冷型中波红外探测器12，且制冷型中波红外探测器12的感光面均位于对称Offner色散系统的像面处。制冷型探测器能够有效除去红外成像热噪声。制冷型中波红外探测器12与图像采集卡13连接，图像采集卡13、计算机14、中波红外DMD9依次连接。
Claims (4)
1.一种DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置，其特征在于，中波红外DMD(9)的工作面位于中波红外消色差变焦物镜组(8)的像面处，中波红外对称Offner色散系统的物面与中波红外消色差变焦物镜组(8)的像面重合，在中波红外对称Offner色散系统的出射光路上设置制冷型中波红外探测器(12)，且制冷型中波红外探测器(12)的感光面位于中波红外对称Offner色散系统的像面处；在中波红外对称Offner色散系统中，球面反射镜(10)和球面反射光栅(11)曲率中心相同；制冷型中波红外探测器(12)与图像采集卡(13)连接，图像采集卡(13)、计算机(14)、中波红外DMD(9)依次连接。
2.根据权利要求1所述的DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置，其特征在于，中波红外消色差变焦物镜组(8)工作波段为3～5μm，在中波红外消色差变焦物镜组(8)中，自物方至像方依次为前固定组、变倍组、补偿组和后固定组。
3.根据权利要求1所述的DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置，其特征在于，中波红外DMD(9)中的窗口材料为单质硅，镀有3～5μm增透膜；中波红外DMD(9)中的微镜镜面镀有3～5μm高反射膜。
4.根据权利要求1所述的DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置，其特征在于，球面反射镜(10)和球面反射光栅(11)的曲率半径比为2﹕1；球面反射镜(10)镀有3～5μm高反射膜。
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