CN110398287A - 基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置，包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜、光阑、准直物镜、窄带反射镜阵列、成像物镜和面阵探测器；前置成像物镜将目标成像在一次像面上，通过一次像面上的光阑限制成像范围后入射至准直物镜，准直物镜将光线准直后入射至窄带反射镜阵列，窄带反射镜阵列将不同波段的光反射到不同方向，所有的反射光均经成像物镜成像在面阵探测器上形成不同的图像区域，以实现目标图像的复制和分离。本发明采用反射式分孔径光谱成像结构，在不同反射镜上镀制不同窄带反射膜，只需一次曝光即可获取所有波段光谱图像，实现多光谱视频成像，且整体装置光通量高、成像质量好、结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及光谱成像探测领域，特别是一种基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置。
背景技术
多光谱视频成像技术能够快速捕捉目标的多光谱图像，通过一次成像就能够获取目标多个波段的图像，实现目标光谱特征信息的快速获取。结合特征波段识别、多光谱图像融合和图像增强等技术，在农业监测、生物组织成像、军事伪装识别与跟踪、文物修复等方面拥有重要应用。多光谱测量技术通常是在成像光学系统中加入具有分光功能的光学部件来实现的。根据现有的技术，光谱分光技术主要分为四种：滤光型、色散型、层析型和干涉型，目前作为产品化应用的主要是色散型和滤光型。其中，色散型光谱分光技术一次获取一维空间的全部光谱，通过空间维扫描获取全部光谱图像，光谱分辨率高但需要推扫，不能一次成像，在快速成像方面不具有优势；滤光型光谱分光技术具有原理简单、速度快以及结构紧凑等优点，满足实时快速获取的要求，在光谱通道数要求不多的情况下具有明显优势。目前主要采用的滤光方法为透射式滤光，应用在分空间型多光谱成像仪上时，须采用微透镜阵列将目标成像在探测器上，受限于探测器和微透镜的尺寸，必然会导致光通量和视场减小，边缘部分成像质量差。
中国科学院遥感与数字地球研究所方俊永等人提出了一种基于滤光片阵列分光的无人机载多光谱相机，在成像探测器前放置由多个滤光片依次排列而成的滤光片阵列，一次曝光得到地物目标分条带区域的分波段图像，通过飞行平台的前向运动获得每个条带区域的多光谱图像，但该多光谱相机并不能在一次曝光的情况下实现整个视场的多光谱图像获取。中国科学院西安光学精密机械研究所李芸提出了一种紧凑型分孔径快照式光谱成像系统，前置透镜与后置透镜组形成一个成像物镜，孔径光阑位于后置透镜组的第一面上，前置透镜的出瞳与后置透镜组入瞳相接，后置透镜组对系统孔径光阑进行分割，形成多通道图像，在每个通道上镀制不同的窄带通滤光膜，形成分孔径光谱成像系统，该系统采用透射式单透镜组进行成像，成像质量和光通量均不够理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、光通量高、成像质量好，且单次曝光即可获取多个波段的光谱图像的多光谱视频成像装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置，包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜、光阑、准直物镜、窄带反射镜阵列、成像物镜和面阵探测器；
前置成像物镜将目标成像在一次像面上，通过一次像面上的光阑限制成像范围后入射至准直物镜，准直物镜将光线准直后入射至窄带反射镜阵列，窄带反射镜阵列将不同波段的光反射到不同方向，所有的反射光均经成像物镜成像在面阵探测器上形成不同的图像区域，以实现目标图像的复制和分离。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)采用单个相机即可实现实时获取目标的多光谱图像，减轻了系统的复杂度和重量，且单次曝光就能获取多光谱图像，此外该方法对运动目标仍然可以达到较好的成像效果；2)采用窄带反射式滤光片阵列，与采用微透镜阵列的多光谱相机相比而言，不存在因微透镜尺寸限制而使光通量较低的情况，同时扩大了视场，提高有效成像区域的成像质量；3)输出多光谱图像为实时视频流输出，不需要额外的数字计算处理。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置的结构示意图。
图2为一次像与探测器上光谱图像的关系示意图。
图3为窄带反射镜阵列的空间分布结构示意图。
具体实施方式
结合图1，本发明基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置，包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜1、光阑2、准直物镜3、窄带反射镜阵列4、成像物镜5和面阵探测器6；
前置成像物镜1将目标成像在一次像面上，通过一次像面上的光阑2限制成像范围后入射至准直物镜3，准直物镜3将光线准直后入射至窄带反射镜阵列4，窄带反射镜阵列4将不同波段的光反射到不同方向，所有的反射光均经成像物镜5成像在面阵探测器6上形成不同的图像区域，以实现目标图像的复制和分离如图2所示。
进一步地，结合图3，窄带反射镜阵列4包括位于同一平面上的N片窄带反射镜，且两两窄带反射镜的法线之间存在夹角θ，θ为锐角。
进一步优选地，窄带反射镜阵列4为n×n的阵列，n＞1且n2＝N。
进一步优选地，不同的窄带反射镜上镀制不同波段的窄带反射膜。
本发明基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置，采用反射式分孔径光谱成像结构，在不同反射镜上镀制不同窄带反射膜，只需一次曝光即可获取所有波段光谱图像，实现多光谱视频成像。
Claims (4)
1.一种基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜(1)、光阑(2)、准直物镜(3)、窄带反射镜阵列(4)、成像物镜(5)和面阵探测器(6)；
前置成像物镜(1)将目标成像在一次像面上，通过一次像面上的光阑(2)限制成像范围后入射至准直物镜(3)，准直物镜(3)将光线准直后入射至窄带反射镜阵列(4)，窄带反射镜阵列(4)将不同波段的光反射到不同方向，所有的反射光均经成像物镜(5)成像在面阵探测器(6)上形成不同的图像区域，以实现目标图像的复制和分离。
2.根据权利要求1所述的基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置，其特征在于，所述窄带反射镜阵列(4)包括位于同一平面上的N片窄带反射镜，且两两窄带反射镜的法线之间存在夹角θ，θ为锐角。
3.根据权利要求1或2所述的基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置，其特征在于，所述窄带反射镜阵列(4)为n×n的阵列，n＞1且n2＝N。
4.根据权利要求1所述的基于窄带反射镜阵列的多光谱视频成像装置，其特征在于，所述不同的窄带反射镜上镀制不同波段的窄带反射膜。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111121967A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-05-08 | 南京理工大学 | 基于多光谱成像与图像处理的户外迷彩评估装置和方法 |
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| US6744505B1 (en) * | 2001-09-06 | 2004-06-01 | Therma-Wave, Inc. | Compact imaging spectrometer |
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| CN106908147A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-06-30 | 天津大学 | 一种基于doe的ctis系统光路 |
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