CN110595617A - 全反射快照式多光谱成像装置 - Google Patents

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刘杰
许逸轩
钱佳敏
王宇博
卫明
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Abstract

本发明公开了一种全反射快照式多光谱成像装置，包括沿光路方向依次设置的前置反射望远系统、光谱反射镜阵列、后置反射成像系统和面阵探测器。前置反射望远系统将进入系统的光线准直并限制视场大小，成像在光谱反射镜上，光谱反射镜阵列由于各波段反射镜角度不同而将不同波段的图像反射到不同方向，实现不同波段图像的分离，最后由后置反射成像系统成像在面阵探测器的不同区域。本发明的全反射快照式多光谱成像装置适用波段宽、不存在色差、视场角大且能量利用率高，一次曝光即可获取探测目标所有波段光谱图像，且整体结构灵活，有利于系统的轻小型化。

Description

全反射快照式多光谱成像装置
技术领域
本发明属于光谱成像探测领域，特别涉及一种全反射快照式多光谱成像装置。
背景技术
快照式多光谱成像技术是一种快速获取目标多光谱图像的光谱成像技术，一次曝光即可获取多光谱图像，应用场景灵活、广泛，尤其适用于快速变化的目标场景。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实现。根据现有技术，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，其中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。
传统的快照式多光谱成像系统主要采用透射式光学系统，在工作波段范围、色差校正及光通量方面具有较大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能单次曝光即可获取多个波段的光谱图像，且不存在任何色差、工作光谱范围宽、成像质量高、结构灵活并小型化的快照式多光谱成像装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种全反射快照式多光谱成像装置，包括沿光路方向依次设置的前置反射成像系统、光阑、反射准直系统、光谱反射镜阵列、后置反射成像系统和面阵探测器；
前置反射成像系统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反射准直系统，反射准直系统将光线准直后成像在光谱反射镜阵列上，光谱反射镜阵列将不同波段的像反射到不同方向，后置反射成像系统将不同波段的像成像在面阵探测器上的不同区域，实现单次曝光获取目标图像的多光谱图像。
进一步地，前置反射成像系统、光阑、反射准直系统构成前置反射望远系统，该系统为像方远心系统，所述光谱反射镜阵列、后置反射成像系统和面阵探测器构成光谱成像系统，该系统为物方远心系统。
进一步地，前置反射成像系统、反射准直系统、后置反射成像系统均采用离轴三反结构，各个反射系统中的主镜M11、M31、M51和三镜M13、M33、M53均采用凹非球面镜，各个反射系统中的次镜M12,M32,M52均采用凸球面镜。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)所有反射成像系统均采用离轴三反结构，无中心遮拦、无色差、光谱范围宽、能量损失小，易于实现大视场光谱成像系统；2)整体反射式成像结构灵活，有利于系统的轻小型化；3)采用滤光反射镜构成反射镜阵列，与透射式滤光片阵列和透镜阵列组成的分光结构相比，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，提高成像区域的成像质量；4)一次曝光即可获取所有光谱图像，使用灵活性较高，适用复杂目标场景。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明全反射快照式多光谱成像装置的结构及光路示意图，其中M11、M12、M13构成前置反射成像系统，M21、M22、M23构成反射准直系统，M31、M32、M33组成后置反射成像系统。
具体实施方式
结合图1，本发明一种全反射快照式多光谱成像装置，包括沿光路方向依次设置的前置反射成像系统1、光阑2、反射准直系统3、光谱反射镜阵列4、后置反射成像系统5和面阵探测器6；
前置反射成像系统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反射准直系统3，反射准直系统3将光线准直后成像在光谱反射镜阵列4上，光谱反射镜阵列4将不同波段的像反射到不同方向，后置反射成像系统5将不同波段的像成像在面阵探测器6上的不同区域，实现单次曝光获取目标图像的多光谱图像。
其中，前置反射成像系统1、光阑2、反射准直系统3构成前置反射望远系统，该系统为像方远心系统，出射光为平行光，像的位置为无穷远；光谱反射镜阵列4、后置反射成像系统5和面阵探测器6构成光谱成像系统，该系统为物方远心系统，将前置反射望远系统所成的像按波段分开并成像在面阵探测器6的不同区域。
前置反射成像系统1、反射准直系统3、后置反射成像系统5均采用离轴三反结构，各个反射系统中的主镜M11、M31、M51和三镜M13、M33、M53均采用凹非球面镜，各个反射系统中的次镜M12、M32、M52均采用凸球面镜，不存在色差，成像光谱范围宽，相差小，且易于加工检测。
进一步优选地，光谱反射镜阵列4包括位于同一平面上的N片不同波段的滤光反射镜，且两两滤光反射镜的法线之间存在夹角θ，θ为锐角。
进一步地，光谱反射镜阵列4为n×n的阵列，n＞1且n2＝N。
进一步地，上述不同的滤光反射镜上镀制不同波段的反射膜。
本发明的全反射快照式多光谱成像装置适用波段宽、不存在色差、视场角大且能量利用率高，一次曝光即可获取探测目标所有波段光谱图像，且整体结构灵活，有利于系统的轻小型化。

Claims (6)

1.一种全反射快照式多光谱成像装置，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的前置反射成像系统(1)、光阑(2)、反射准直系统(3)、光谱反射镜阵列(4)、后置反射成像系统(5)和面阵探测器(6)；
前置反射成像系统(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反射准直系统(3)，反射准直系统(3)将光线准直后成像在光谱反射镜阵列(4)上，光谱反射镜阵列(4)将不同波段的像反射到不同方向，后置反射成像系统(5)将不同波段的像成像在面阵探测器(6)上的不同区域，实现单次曝光获取目标图像的多光谱图像。
2.根据权利要求1所述的全反射快照式多光谱成像装置，其特征在于，所述前置反射成像系统(1)、光阑(2)、反射准直系统(3)构成前置反射望远系统，该系统为像方远心系统，所述光谱反射镜阵列(4)、后置反射成像系统(5)和面阵探测器(6)构成光谱成像系统，该系统为物方远心系统。
3.根据权利要求1所述的全反射快照式多光谱成像装置，其特征在于，所述前置反射成像系统(1)、反射准直系统(3)、后置反射成像系统(5)均采用离轴三反结构，各个反射系统中的主镜M11、M31、M51和三镜M13、M33、M53均采用凹非球面镜，各个反射系统中的次镜M12、M32、M52均采用凸球面镜。
4.根据权利要求1所述的全反射快照式多光谱成像装置，其特征在于，所述光谱反射镜阵列(4)包括位于同一平面上的N片不同波段的滤光反射镜，且两两滤光反射镜的法线之间存在夹角θ，θ为锐角。
5.根据权利要求1或4所述的全反射快照式多光谱成像装置，其特征在于，所述光谱反射镜阵列(4)为n×n的阵列，n＞1且n2＝N。
6.根据权利要求4所述的全反射快照式多光谱成像装置，其特征在于，所述不同的滤光反射镜上镀制不同波段的反射膜。
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