CN108981914B - Offner双路结构成像光谱仪及方法 - Google Patents

Offner双路结构成像光谱仪及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Offner双路结构成像光谱仪及方法，包括沿光路分布的第一反射物镜、凸面光栅、第二反射物镜、第一平面反射镜、中间狭缝、第二平面反射镜、第三平面反射镜和面阵探测器，使得来自探测目标的光束依次经过第一反射物镜、凸面光栅、第二反射物镜和第一平面反射镜形成的第一反射路径后，经过中间狭缝的滤光后，依次通过第二平面反射镜、第二反射物镜、凸面光栅、第一反射物镜和第三平面反射镜形成的第二反射路径后，成像在面阵探测器的靶面上。

Description

Offner双路结构成像光谱仪及方法
技术领域
本发明涉及一种Offner双路结构成像光谱仪及方法。
背景技术
高光谱成像技术能够获取目标场景的图像信息和高分辨率的光谱信息，通过获取的光谱数据可以进行物质识别和成分分析，逐渐成为航空航天遥感、地矿分析、天文观测等领域的重要技术。色散型高光谱成像技术是目前市场应用最为广泛的高性价比产品，其中Offner单路结构是主要形式之一，具有结构紧凑、效率高、像差校正能力强等优点。
但目前传统的Offner单路结构成像光谱仪由于采用前置狭缝，空间分割探测的手段，因此无法对目标场景进行实时成像。当对目标场景进行测试时候，需要额外的辅助对准和对焦设备，例如在室内需要在被测目标附近放置黑白条进行对焦，在遥感中，需要额外的成像设备进行辅助取景。此外传统的Offner单路结构成像光谱仪获取的图像信息是缝合拼接而成的，其横向空间分辨率比较低，且易产生条带噪声和图像的形变，导致图像信息不够精细。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种Offner双路结构成像光谱仪及方法，本发明能够对探测场景实现实时成像，方便对焦；还能够获取高质量的高光谱图像信息。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种Offner双路结构成像光谱仪，包括沿光路分布的第一反射物镜、凸面光栅、第二反射物镜、第一平面反射镜、中间狭缝、第二平面反射镜、第三平面反射镜和面阵探测器，使得来自探测目标的光束依次经过第一反射物镜、凸面光栅、第二反射物镜和第一平面反射镜形成的第一反射路径后，经过中间狭缝的滤光后，依次通过第二平面反射镜、第二反射物镜、凸面光栅、第一反射物镜和第三平面反射镜形成的第二反射路径后，成像在面阵探测器的靶面上。
进一步的，所述目标的光束在经过第一反射路径后发生第一次发生色散，在中间狭缝所在平面形成光谱混叠的二维图像。
进一步的，经过中间狭缝的光谱滤光的光束经过第二发射路径后，目标场景光束第二次发生色散，色散方向与第一次色散方向相反，光谱混叠图像被解调，形成空间渐变光谱滤光图像。
进一步的，目标场景或者目标场景的实像与中间狭缝所在平面成物像对应关系；面阵探测器的靶面也与中间狭缝所在平面成物像对应关系。
进一步的，所述凸面光栅的刻线方向与中间狭缝的长度方向相互垂直。
进一步的，所述中间狭缝用于对色散图像进行光谱滤光。
进一步的，所述中间狭缝的位置可移动。
进一步的，所述第三平面反射镜、凸面光栅与第一反射物镜相对，且具有一定角度。
进一步的，所述第一平面反射镜、凸面光栅与第二反射物镜相对，且具有一定角度。
基于上述光谱仪的工作方法，来自探测目标的光束依次经过第一反射物镜、凸面光栅、第二反射物镜和第一平面反射镜后，目标场景光束第一次发生色散，在中间狭缝所在平面形成光谱混叠的二维图像；经过中间狭缝的光谱滤光后，依次通过第二平面反射镜、第二反射物镜、凸面光栅、第一反射物镜和第三平面反射镜后，目标场景光束第二次发生色散，色散方向与第一次色散方向相反，光谱混叠图像被解调，形成空间渐变光谱滤光图像，成像在面阵探测器的靶面上；通过整体旋转整套系统或者沿垂直于中间狭缝的方向，上下移动中间狭缝，进行推扫，获取完整的探测目标场景的光谱图像数据立方体。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明能够对目标场景实时成像，无需额外设备辅助瞄准、对焦；
2、本发明获取光谱图像不易发生形变，图像细节还原力强。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明Offner双路结构成像光谱仪的结构示意图；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明Offner双路结构成像光谱仪的系统结构具体包括：沿光路方向依次放置的第一反射物镜(1)、凸面光栅(2)、第二反射物镜(3)、第一平面反射镜(4)、中间狭缝(5)、第二平面反射镜(6)、第三平面反射镜(7)和面阵探测器(8)；所有光学元件相对于基底等高，即相对于光学平台或仪器底座等高。光路走向如下：来自探测目标的光束依次经过第一反射物镜(1)、凸面光栅(2)、第二反射物镜(3)和第一平面反射镜(4)后，经过中间狭缝(5)的滤光后，依次通过第二平面反射镜(6)、第二反射物镜(3)、凸面光栅(2)、第一反射物镜(1)和第三平面反射镜后(7)，成像在面阵探测器(8)的靶面上。
目标场景(或者目标场景的实像)与中间狭缝(5)所在平面成物像对应关系；面阵探测器(8)的靶面也与中间狭缝(5)所在平面成物像对应关系，凸面光栅(2)的刻线方向与中间狭缝(5)的长度方向相互垂直。
目标场景(或者目标场景的实像)与中间狭缝(5)所在平面成物像对应关系；面阵探测器(8)的靶面也与中间狭缝(5)所在平面成物像对应关系。
凸面光栅(2)的刻线方向与中间狭缝(5)的长度方向相互垂直。
中间狭缝用于对色散图像进行光谱滤光，而不是空间滤光，(而传统Offner结构成像光谱仪中前置狭缝用于空间滤光)。
通过整体旋转整套系统或者沿垂直于中间狭缝(5)的方向，上下移动中间狭缝(5)，进行推扫，进而可以获取完整的探测目标场景的光谱图像数据立方体。
来自探测目标的光束依次经过第一反射物镜(1)、凸面光栅(2)、第二反射物镜(3)和第一平面反射镜(4)后，目标场景光束第一次发生色散，在中间狭缝所在平面形成光谱混叠的二维图像；经过中间狭缝(5)的光谱滤光后，依次通过第二平面反射镜(6)、第二反射物镜(3)、凸面光栅(2)、第一反射物镜(1)和第三平面反射镜后(7)，目标场景光束第二次发生色散，色散方向与第一次色散方向相反，光谱混叠图像被解调，形成空间渐变光谱滤光图像，成像在面阵探测器(8)的靶面上。通过整体旋转整套系统或者沿垂直于中间狭缝(5)的方向，上下移动中间狭缝(5)，进行推扫，进而可以获取完整的探测目标场景的光谱图像数据立方体。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种Offner双路结构成像光谱仪，其特征是：包括沿光路分布的第一反射物镜、凸面光栅、第二反射物镜、第一平面反射镜、中间狭缝、第二平面反射镜、第三平面反射镜和面阵探测器，使得来自探测目标的光束依次经过第一反射物镜、凸面光栅、第二反射物镜和第一平面反射镜形成的第一反射路径后，经过中间狭缝的滤光后，依次通过第二平面反射镜、第二反射物镜、凸面光栅、第一反射物镜和第三平面反射镜形成的第二反射路径后，成像在面阵探测器的靶面上；
所述凸面光栅的刻线方向与中间狭缝的长度方向相互垂直；
所述中间狭缝的位置可移动，通过整体旋转整套系统或者沿垂直于中间狭缝的方向，上下移动中间狭缝，进行推扫，获取完整的探测目标场景的光谱图像数据立方体。
2.如权利要求1所述的一种Offner双路结构成像光谱仪，其特征是：所述目标的光束在经过第一反射路径后发生第一次发生色散，在中间狭缝所在平面形成光谱混叠的二维图像。
3.如权利要求1所述的一种Offner双路结构成像光谱仪，其特征是：经过中间狭缝的光谱滤光的光束经过第二反射路径后，目标场景光束第二次发生色散，色散方向与第一次色散方向相反，光谱混叠图像被解调，形成空间渐变光谱滤光图像。
4.如权利要求1所述的一种Offner双路结构成像光谱仪，其特征是：目标场景或者目标场景的实像与中间狭缝所在平面成物像对应关系；面阵探测器的靶面也与中间狭缝所在平面成物像对应关系。
5.如权利要求1所述的一种Offner双路结构成像光谱仪，其特征是：所述中间狭缝用于对色散图像进行光谱滤光。
6.如权利要求1所述的一种Offner双路结构成像光谱仪，其特征是：所述第三平面反射镜、凸面光栅与第一反射物镜相对，且具有一定角度。
7.如权利要求1所述的一种Offner双路结构成像光谱仪，其特征是：所述第一平面反射镜、凸面光栅与第二反射物镜相对，且具有一定角度。
8.基于如权利要求1-7中任一所述的光谱仪的工作方法，其特征是：来自探测目标的光束依次经过第一反射物镜、凸面光栅、第二反射物镜和第一平面反射镜后，目标场景光束第一次发生色散，在中间狭缝所在平面形成光谱混叠的二维图像；经过中间狭缝的光谱滤光后，依次通过第二平面反射镜、第二反射物镜、凸面光栅、第一反射物镜和第三平面反射镜后，目标场景光束第二次发生色散，色散方向与第一次色散方向相反，光谱混叠图像被解调，形成空间渐变光谱滤光图像，成像在面阵探测器的靶面上；通过整体旋转整套系统或者沿垂直于中间狭缝的方向，上下移动中间狭缝，进行推扫，获取完整的探测目标场景的光谱图像数据立方体。
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