CN112179289A - 一种基于dmd的光谱成像目标获取系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于DMD的光谱成像目标获取系统及方法，该系统包括成像光路、位于成像光路物面处的目标、位于成像光路像面处的DMD、分光光路以及位于分光光路的像面处的探测器，成像光路和分光光路均包括光轴，DMD包括工作面，成像光路和分光光路的光轴均经过DMD的工作面的中心，DMD的工作面上包括n（n≥2）个处于“ON”状态的微镜扫描单元，DMD的工作面上的n个微镜扫描单元同时并行工作，其采集速度是单个微镜扫描单位采集速度的n倍，采集时间也缩短到原来的1/n，DMD上的多个微镜扫描单元可实现片上微观并行扫描，采集速度更是大大提高。

Description

一种基于DMD的光谱成像目标获取系统及方法

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其是涉及一种基于DMD的光谱成像目标获取系统及方法。

背景技术

光谱成像技术结合了光学成像技术与光谱分析技术，可以同时获取目标的三维信息，包括二维空间形貌信息与一维表征理化性质的光谱信息，从而达到目标识别、分类和追踪等目的，在遥感、农业、食品和生物医疗等众多领域具有广泛的应用。然而，由于目标的三维数据立方体信息量巨大，光谱成像系统对这些数据的快速采集、存储与处理变得十分困难，极大地降低了系统的时间分辨率，很难精准检测到目标运动轨迹与理化特性的变化，限制了光谱成像技术在动态场景监测以及对测量时间有严格要求等场合的应用，如运动目标的追踪与定位、药物对细胞作用过程研究等。

传统的光谱成像方法可以分为空间扫描式、光谱扫描式与快照式三大类。空间扫描式利用狭缝和光阑等零部件的运动实现对目标的二维空间扫描，空间分辨率与光谱分辨率很高，但扫描速度慢，数据采集时间长；光谱扫描式采用声光可调滤波器或液晶可调滤波器等对目标进行光谱维度的扫描，空间分辨率与光谱分辨率较高，但响应时间慢，完成三维数据立方体的采集与存储耗时较长；快照式无需扫描，数据采集与存储时间很短，但后期需要复杂的算法和密集型计算去重构目标三维数据立方体，因此数据处理花费时间较长，空间分辨率与光谱分辨率较低。

全帧频、高分辨率的数字微镜器件（Digital Micromirror Device, DMD），作为微光机电系统（Micro-opto-electro-mechanical systems, MOEMS）中的商业化产品代表，广泛应用于光束整形、投影设备和光通信等领域，近些年在光谱成像领域也得到了初步应用。DMD工作面由数十万至数百万个微镜构成，每个微镜边长仅十个微米左右，镜面反射率超过90%，通过编程可控制每个微镜偏转状态，其偏转频率高达2000Hz，同时DMD还兼具体积小、质量轻、稳定性高、成本功耗低等优点，它的引入有望为光谱显微成像系统快速获取目标三维信息提供新的解决途径。

目前， 基于DMD的光谱成像方法主要分为三大类：

第一种：利用DMD工作面可任意选通的功能实现目标特定空间信息或光谱信息的选址。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的发明人提出一种多目标光谱成像方法（CN110567581A），利用DMD将二维空间上多个目标像分割成两部分，控制每部分分别朝不同方向偏转以获取各自的光谱信息，该方法可避免横向排布的目标之间产生的光谱重叠现象，但纵向上无法避免，而且目标只能是离散点，空间分辨率不高；苏州大学的发明人提出一种多通道光谱成像方法（CN101303291A），首先利用狭缝扫描来获取目标完整的三维数据立方体，通过数据处理，找出目标特征光谱段并计算出这些光谱段在DMD工作面上的位置，然后控制特征光谱段所在微镜进行偏转，将选中的光谱信息反射到后续光路进行采集。该方法有利于静态目标的准确识别，但数据采集和处理时间过长，不利于动态目标的检测；

第二种：结合编码孔径、计算成像等技术，DMD可作为理想的二进制编码模板应用于快照式光谱成像系统中（CN110987184A；Opt. Lett., 2011, 36(14): 2692等）。将DMD微镜开关两种状态分别对应编码矩阵中的数字1和0，根据编码矩阵设置DMD每个微镜的工作状态，进而对目标的空间信息或光谱信息进行调制，后续经过解调复原目标的三维数据立方体，因此存在数据处理时间长和分辨率损失等问题；

第三种：DMD代替狭缝，执行扫描功能，通过控制DMD微镜扫描单元按顺序偏转来模拟狭缝在一维方向上的运动，改变扫描单元的大小还可以实现空间分辨率可调。DMD既可以作为单工作波段光谱成像系统中的单向扫描器，即控制微镜按列正偏转或负偏转（CN105527021A），也可作为双向扫描器，利用其双向偏转的优势，对目标进行双工作波段光谱成像（CN110132412A）。这两种方法都只涉及到DMD单个微镜扫描单元顺序偏转，相当于只有一个狭缝在对目标进行扫描。与传统机械狭缝扫描相比，虽然扫描速率大大提高，数据采集时间极大缩短，但在一次采集周期内，微镜扫描单元偏转的总次数高达成百上千，因此采集时间仍不能被忽略；同时，探测器需要记录成百上千幅色散光谱图，因此数据的存储与处理时间仍然较长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于DMD的光谱成像目标获取系统，该系统利用DMD上多个微镜扫描单元并行工作以快速高效获取目标三维数据立方体，克服现有光谱成像技术存在的数据采集、存储与后期处理时间长、速度慢、数据量大等缺陷，有利于实现光谱成像技术实时成像与分析。

本发明所采用的技术方案是，一种基于DMD的光谱成像目标获取系统，该系统包括成像光路、位于成像光路物面处的目标、位于成像光路像面处的DMD、分光光路以及位于分光光路的像面处的探测器，成像光路和分光光路均包括光轴，DMD包括工作面，成像光路和分光光路的光轴均经过DMD的工作面的中心，DMD的工作面上包括n（n≥2）个处于“ON”状态的微镜扫描单元，成像光路将目标放大或者缩小的像聚焦到DMD的工作面上，n个处于“ON”状态的微镜扫描单元将成像光路所成的n个目标像反射到分光光路中进行准直、分光以及聚焦，分光光路的光轴与微镜扫描单元处于“ON”状态时的光线的出射方向平行。

本发明的有益效果是：采用上述结构的基于DMD的光谱成像目标获取系统，该系统中DMD的工作面上的n个微镜扫描单元同时并行工作，其采集速度是单个微镜扫描单位采集速度的n倍，采集时间也缩短到原来的1/n，与传统机械狭缝依靠运动部件执行宏观扫描的系统相比，DMD上的多个微镜扫描单元可实现片上微观并行扫描，采集速度更是大大提高；与DMD单个微镜单元或狭缝扫描方式相比，探测器不再是只同步记录一幅色散光谱图，而是多幅光谱色散图，DMD并行偏转的微镜扫描单元数目越多，探测器每次探测到的色散光谱图数量越多，因此图像存储总量和后期图像处理数据量会成倍减少；并且可以根据实际应用场合的不同要求，通过改变微镜扫描单元中偏转的微镜列数来灵活改变系统空间分辨率。

作为优先，DMD的工作面为矩形，DMD的工作面上的微镜阵列为A列x B行，每个微镜扫描单元对应的扫描区域均有

列微镜，设每个区域内的微镜扫描单元每次偏转m列微镜（m≥1），那么完成整个DMD工作面的扫描需要每个微镜扫描单元偏转

次。

作为优先，每个微镜扫描单元均包括正和负两种偏转状态，所述两种状态偏转角度相同，方向相反，微镜扫描单元可任意选择其中一种状态作为“ON”状态，采用该结构，处于“ON”状态的微镜扫描单元能够将选中的目标像反射到分光光路中去。

作为优先，分光光路包括准直元件、分光元件和聚焦元件，准直元件用于将处于“ON”状态的微镜扫描单元反射过来的光线进行准直，使光线平行出射到分光元件上，分光元件用于将平行入射的光线进行分光得到色散光谱，聚焦元件用于将色散光谱进行聚焦，使其会聚在探测器上。

一种采用上述基于DMD的光谱成像目标获取系统来实现的基于DMD的光谱成像目标获取方法，该方法包括下列步骤：

（1）、通过控制DMD的工作面上的n个微镜扫描单元进行第1次偏转，选通n个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路；

（2）、选通的光经过分光光路得到n个色散光谱，同时照射到探测器上，定义色散光谱的色散方向为X轴方向，与X轴方向垂直为Y轴方向，n个目标像的光通过分光光路后，得到n个色散光谱在X轴方向上依次展开，在Y轴方向上得到n个目标像不同空间位置的光谱分量；

（3）、探测器记录并存储n个微镜扫描单元第1次偏转获取的光谱数据图；

（4）、控制DMD工作面上的n个微镜扫描单元第2次偏转，选通n个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路；

（5）、选通的光经过分光光路得到n个色散光谱，同时照射到探测器上，由于目标像在X轴方向上发生了偏移，因此对应的色散光谱在探测器5上也相应发生了偏移，探测器记录并存储n个微镜扫描单元第2次偏转获取的光谱数据图；

（6）、控制DMD的工作面上的n个微镜扫描单元依次进行第3、4、……、

次偏转，探测器同步记录并存储每次偏转获取的光谱数据图，其中m表示为每个区域内的微镜扫描单元每次偏转m列微镜（m≥1）；

（7）、控制DMD3的工作面上的n个微镜扫描单元第

次偏转，选通n个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路；

（8）、选通的光经过分光光路得到n个色散光谱，同时照射到探测器上，目标像在X轴方向上发生最后一次偏移，只要保证DMD的工作面上第n个扫描区域内最后一列目标像的光谱能完整的入射到探测器上，就完成对整个二维空间目标的光谱成像；

（9）、对探测器存储的

幅光谱图像进行数据处理，得出目标的二维空间景象和一维光谱信息，完成目标的光谱成像。

上述基于DMD的光谱成像目标获取方法，与现有技术相比，其有益效果为：

（a）、数据采集速度快，系统时间分辨率提高。DMD多个微镜扫描单元并行工作的采集速度是单个微镜扫描单元采集速度的n倍（n≥2），采集时间也缩短到原来的

。与传统机械狭缝依靠运动部件执行宏观扫描相比，DMD的多个微镜扫描单元可实现片上微观并行扫描，采集速度更是大大提高；

（b）、数据存储和后期处理量少。与DMD单个微镜单元或狭缝扫描方式相比，探测器不再是只同步记录一幅色散光谱图，而是多幅光谱色散图，DMD并行偏转的微镜扫描单元数目越多，探测器每次探测到的色散光谱图数量越多，因此图像存储总量和后期图像处理数据量会成倍减少；

（c）、空间分辨率可调。根据实际应用场合的不同要求，可通过改变微镜扫描单元中偏转的微镜列数来灵活改变系统空间分辨率。

附图说明

图1 为本发明一种基于DMD的光谱成像目标获取系统的光路原理图；

图2为本发明中DMD的扫描区域的划分示意图；

图3为本发明一种基于DMD的光谱成像目标获取方法的光谱采集示意图；

图4为本发明中n个微镜扫描单元第1次偏转光路示意图；

图5为本发明中n个微镜扫描单元第1次偏转光谱采集示意图；

图6 为本发明中n个微镜扫描单元第2次偏转光路示意图

图7 为本发明中n个微镜扫描单元第2次偏转光谱采集示意图；

图8 为本发明中n个微镜扫描单元第

次偏转光路示意图；

图9 为本发明中n个微镜扫描单元第

次偏转光谱采集示意图；

图10为本发明中实施例1的光路组成示意图；

图11为本发明中实施例2的光路组成示意图；

如图所示：1、目标；2、成像光路；2-1、透镜；2-2、透镜；2-3、透镜；3、DMD；4、分光光路；4-1、透镜组；4-2、光栅；4-3、透镜组；4-4、滤波片；5、探测器；6、光轴；7、工作面；8、微镜扫描单元。

具体实施方式

以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的公开中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

本发明涉及一种基于DMD的光谱成像目标获取系统，如图1所示，该系统包括成像光路2、位于成像光路2物面处的目标1、位于成像光路2像面处的DMD3、分光光路4以及位于分光光路4的像面处的探测器5，成像光路2和分光光路4均包括光轴6，DMD3包括工作面7，成像光路2和分光光路4的光轴6均经过DMD3的工作面7的中心，DMD3的工作面7上包括n（n≥2）个处于“ON”状态的微镜扫描单元8，成像光路2将目标1放大或者缩小的像聚焦到DMD3的工作面7上，n个处于“ON”状态的微镜扫描单元8将成像光路2所成的n个目标像反射到分光光路4中进行准直、分光以及聚焦，分光光路4的光轴6与微镜扫描单元8处于“ON”状态时的光线的出射方向平行。为避免并行工作的微镜扫描单元8对应的光谱产生重叠现象，要根据系统选定工作波段的宽窄，考虑是否选用工作面为长条矩形的探测器5，以增加光谱采集的面积；或者考虑是否在成像光路2和分光光路4中加入带通滤波片，以过滤掉不感兴趣的光谱波段，使探测器工作面上可以预留出更多记录光谱的位置。

所述的成像光路2用于将目标1放大或缩小的像清晰地聚焦在DMD3的工作面7上，成像光路2主要包括透镜组或球面反射镜等对光线具有会聚作用的元器件。

所述的DMD3的工作面7为矩形，微镜阵列为A列x B行，目前市场上有1024 x 768、1920 x 1080等规格。每个微镜都具有正和负两种偏转状态，这两种状态偏转角度相同，方向相反，可任意选择其中一种状态作为“ON”工作状态，用于将选中的目标像反射到分光光路4中去。如图2所示，在DMD的工作面7上设置n个微镜扫描单元（n≥2），每个单元对应的扫描区域都有

列微镜，每个区域内的微镜扫描单元每次偏转m列微镜（m≥1），完成整个DMD工作面的扫描需要每个微镜扫描单元偏转

次。

所述分光光路4主要包括准直元件、分光元件和聚焦元件，准直元件用于将处于“ON”状态的微镜扫描单元8反射过来的光线进行准直，使光线平行出射到分光元件上，准直元件可以为透镜组或球面反射镜等；分光元件用于将平行入射的光线进行分光得到色散光谱，可以是棱镜、光栅等；聚焦元件用于将色散光谱进行聚焦，使其会聚在探测器5上，可以是透镜组或球面反射镜等。

探测器5用于采集聚焦后的多个色散光谱，探测器类型根据工作波段所选范围进行选择，可以为CCD、CMOS或红外探测器等。

实施例1：

本实施例提出的一种基于DMD的光谱成像目标获取系统，其组成如图10所示，主要包括目标1、透镜2-1、透镜2-2、DMD3、凹球面反射镜4-1、光栅4-2、凹球面反射镜4-3和探测器5。目标1与DMD3分别位于透镜组（透镜2-1和透镜2-2）的物面与像面处，透镜2-1、透镜2-2和凹球面反射镜4的光轴6都经过DMD3工作面的中心，透镜2-1和透镜2-2的光轴6与DMD3的工作面7成90°，DMD3工作面7上的处于“ON”状态的几个微镜扫描单元8将透镜组（透镜2-1和透镜2-2）所成的几列目标像同时反射到后续分光光路4（凹球面反射镜4-1、光栅4-2和凹球面反射镜4-3）中进行准直、分光和聚焦，凹球面反射镜4-1的光轴6与微镜扫描单元8处于“ON”状态时光线的出射方向平行，探测器5位于凹球面反射镜4-3的像面处。

所述的透镜2-1和透镜2-2用于将目标1缩小的像清晰地聚焦在DMD3的工作面7上。

所述的DMD3的工作面7为矩形，DMD3的工作面7的微镜阵列为1024 x 768。选择正偏转状态作为“ON”工作状态，用于将选中的目标像反射进入到后续光路中。参阅图2，此时n=2，m=4。这2个微镜扫描单元将扫描区域划分成2个，每个扫描区域都有512列微镜，每个区域内的微镜扫描单元每次偏转4列微镜，完成整个DMD工作面的扫描需要每个微镜扫描单元偏转128次。

所述凹球面反射镜4-1用于将处于“ON”状态的DMD3微镜扫描单元反射过来的光线进行准直，使光线平行出射到光栅4-2上。

所述光栅4-2为反射式光栅。

所述凹球面反射镜4-3用于将色散光谱进行聚焦，使其会聚在探测器5上。

所述探测器5为CCD相机，用于采集聚焦后的多个色散光谱。

本实施例提出的一种基于DMD的光谱成像目标获取方法，其光谱采集原理如图3所示。通过控制DMD上2个微镜扫描单元同时按顺序偏转实现对目标像的双狭缝模拟推扫，进而在探测器上获得128幅光谱色散图，根据每幅光谱图像对应不同列目标像的原理，完成对三维数据立方体的构建。

参阅图3，本实施例提出的一种DMD光谱成像目标获取方法，其光谱采集原理包括以下步骤：

步骤1：参阅图4，控制DMD3的2个微镜扫描单元第1次偏转，选通2个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路4；

步骤2：参阅图4，选通的光经过分光光路4得到2个色散光谱，光谱照射到探测器5上；

步骤3：参阅图5，定义光谱色散方向为X轴方向,与X轴垂直为Y轴方向，2列目标像的光通过分光光路后，得到2个色散光谱在X轴方向上依次展开，在 Y轴方向上得到2列目标像不同空间位置的光谱分量，虚线标出了第一次偏转时得到的2个色散光谱的起始位置；

步骤4：参阅图5，探测器5记录并存储2个微镜扫描单元8第1次偏转获取的光谱数据图；

步骤5：参阅图6，控制DMD3的2个微镜扫描单元第2次偏转，选通2个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路4；

步骤6：参阅图6，选通的光经过分光光路4得到2个色散光谱，光谱照射到探测器5上；

步骤7：参阅图7，由于目标像在X轴方向上发生了偏移，因此对应的色散光谱在探测器5上也相应发生了偏移，探测器5记录并存储2个微镜扫描单元第2次偏转获取的光谱数据图；

步骤8：控制DMD3的2个微镜扫描单元依次进行第3、4、……、127次偏转，探测器5同步记录并存储每次偏转获取的光谱数据图；

步骤9：参阅图8，控制DMD3的2个微镜扫描单元第128次偏转，选通2个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路；

步骤10：参阅图8，选通的光经过分光光路得到2个色散光谱，光谱照射到探测器5上；

步骤11：参阅图9，目标像在X轴方向上发生最后一次偏移，只要保证DMD3工作面上第2个扫描区域内最后一列目标像的光谱能完整的入射到探测器5上，就可完成对整个二维空间目标的光谱成像；

步骤12：对探测器5存储的128幅光谱图像进行数据处理，得出目标的二维空间景象和一维光谱信息，完成目标的光谱成像。

实施例2：

本实施例提出的一种基于DMD的光谱成像目标获取方法及系统中光路组成如图11所示，主要包括目标1、透镜2-1、透镜2-2、透镜2-3、DMD3、透镜组4-1、光栅4-2、透镜组4-3、滤波片4-4和探测器5。目标1与DMD3分别位于透镜组（透镜2-1、透镜2-2和透镜2-3）的物面与像面处，透镜2-1、透镜2-2、透镜2-3和透镜组4-1的光轴都经过DMD3的工作面7的中心，透镜2-1、透镜2-2和透镜2-3的光轴与DMD3的工作面7的法线成10°，DMD3工作面上的处于“ON”状态的几个微镜扫描单元8将透镜组（2-1、2-2和2-3）所成的几列目标像同时反射到后续分光光路4（透镜组4-1、光栅4-2、透镜组4-3和滤波片4-4）中进行准直、分光和聚焦，透镜组4-1的光轴与微镜处于“ON”状态时光线的出射方向平行，探测器5位于透镜组4-3的像面处。

所述的透镜2-1、透镜2-2和透镜2-3用于将目标1放大的像清晰地聚焦在DMD3的工作面7上。

所述的DMD3工作面为矩形，微镜阵列为1024 x 768。选择正偏转状态作为“ON”工作状态，用于将选中的目标像反射进入到后续光路中。参阅图2，此时n=4，m=1。这4个微镜扫描单元将扫描区域划分成4个，每个扫描区域都有256列微镜，每个区域内的微镜扫描单元每次偏转1列微镜，完成整个DMD工作面的扫描需要每个微镜扫描单元偏转256次。

所述透镜组4-1用于将处于“ON”状态的DMD3微镜扫描单元反射过来的光线进行准直，使光线平行出射到光栅4-2上。

所述光栅4-2为透射式光栅。

所述透镜组4-3用于将色散光谱进行聚焦，使其会聚在探测器5上

所述滤波片4-4为带通滤波片，用于滤除不感兴趣的光谱波段，增加探测器5同时检测四个光谱的能力。

所述探测器5为科研级CMOS相机，用于采集聚焦后的多个色散光谱。

本实施例提出的一种基于DMD的光谱成像目标获取方法，其光谱采集原理如图3所示。通过控制DMD上4个微镜扫描单元同时按顺序偏转实现对目标像的多狭缝模拟推扫，进而在探测器上获得256幅光谱色散图，根据每幅光谱图像对应不同列目标像的原理，完成对三维数据立方体的构建。

参阅图3，本实施例提出的一种DMD光谱成像目标获取方法，其光谱采集原理包括以下步骤：

步骤1：参阅图4，控制DMD3的4个微镜扫描单元第1次偏转，选通4个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路4；

步骤2：参阅图4，选通的光经过分光光路4得到4个色散光谱，光谱照射到探测器5上；

步骤3：参阅图5，定义光谱色散方向为X轴方向,与X轴垂直为Y轴方向，4列目标像的光通过分光光路4后，得到4个色散光谱在X轴方向上依次展开，在 Y轴方向上得到4列目标像不同空间位置的光谱分量，虚线标出了第一次偏转时得到的4个色散光谱的起始位置；

步骤4：参阅图5，探测器5记录并存储4个微镜扫描单元8的第1次偏转获取的光谱数据图；

步骤5：参阅图6，控制DMD3的4个微镜扫描单元8的第2次偏转，选通4个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路4；

步骤6：参阅图6，选通的光经过分光光路4得到4个色散光谱，光谱照射到探测器5上；

步骤7：参阅图7，由于目标像在X轴方向上发生了偏移，因此对应的色散光谱在探测器5上也相应发生了偏移，探测器5记录并存储4个微镜扫描单元第2次偏转获取的光谱数据图；

步骤8：控制DMD3的4个微镜扫描单元依次进行第3、4、……、255次偏转，探测器5同步记录并存储每次偏转获取的光谱数据图；

步骤9：参阅图8，控制DMD3的4个微镜扫描单元第256次偏转，选通4个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路；

步骤10：参阅图8，选通的光经过分光光路得到4个色散光谱，光谱照射到探测器5上；

步骤11：参阅图9，目标像在X轴方向上发生最后一次偏移，只要保证DMD3工作面上第4个扫描区域内最后一列目标像的光谱能完整的入射到探测器5上，就可完成对整个二维空间目标的光谱成像；

步骤12：对探测器5存储的256幅光谱图像进行数据处理，得出目标的二维空间景象和一维光谱信息，完成目标的光谱成像。

本发明旨在提供一种利用DMD多个微镜扫描单元并行工作以快速高效获取目标三维数据立方体的光谱成像的系统和方法，克服现有光谱成像技术存在的数据采集、存储与后期处理时间长、数据量大等缺陷，有利于实现光谱成像技术实时成像与分析。与现有基于DMD扫描式光谱成像方法相比，多个微镜扫描单元同时偏转，扫描时间周期成倍降低；探测器不再是每次只记录一幅色散光谱图，而是同时多幅采样，因此采集、存储与处理的数据量以及耗时也成倍降低，DMD与探测器工作面利用率与工作效率也大大提高。此外，为避免探测器上多幅光谱色散图发生光谱重叠现象，对系统元器件选型和排布方面，提出了新的约束条件。

Claims (5)

1.一种基于DMD的光谱成像目标获取系统，其特征在于：该系统包括成像光路（2）、位于成像光路（2）物面处的目标（1）、位于成像光路（2）像面处的DMD（3）、分光光路（4）以及位于分光光路（4）的像面处的探测器（5），成像光路（2）和分光光路（4）均包括光轴（6），DMD（3）包括工作面（7），成像光路（2）和分光光路（4）的光轴（6）均经过DMD（3）的工作面（7）的中心，DMD（3）的工作面（7）上包括n（n≥2）个处于“ON”状态的微镜扫描单元（8），成像光路（2）将目标（1）放大或者缩小的像聚焦到DMD（3）的工作面（7）上，n个处于“ON”状态的微镜扫描单元（8）将成像光路（2）所成的n个目标像反射到分光光路（4）中进行准直、分光以及聚焦，分光光路（4）的光轴（6）与微镜扫描单元（8）处于“ON”状态时的光线的出射方向平行。

2.根据权利要求1所述的一种基于DMD的光谱成像目标获取系统，其特征在于：DMD（3）的工作面（7）为矩形，DMD（3）的工作面（7）上的微镜阵列为A列x B行，每个微镜扫描单元（8）对应的扫描区域均有

列微镜，设每个区域内的微镜扫描单元（8）每次偏转m列微镜（m≥1），那么完成整个DMD（3）的工作面（7）的扫描需要每个微镜扫描单元（8）偏转

次。

3.根据权利要求1所述的一种基于DMD的光谱成像目标获取系统，其特征在于：每个微镜扫描单元（8）均包括正和负两种偏转状态，所述两种状态偏转角度相同，方向相反，微镜扫描单元（8）可任意选择其中一种状态作为“ON”状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于DMD的光谱成像目标获取系统，其特征在于：分光光路（4）包括准直元件、分光元件和聚焦元件，准直元件用于将处于“ON”状态的微镜扫描单元（8）反射过来的光线进行准直，使光线平行出射到分光元件上，分光元件用于将平行入射的光线进行分光得到色散光谱，聚焦元件用于将色散光谱进行聚焦，使其会聚在探测器（5）上。

5.一种基于DMD的光谱成像目标获取方法，该方法采用上述权利要求1至权利要求4中任意一项基于DMD的光谱成像目标获取系统来实现，该方法包括下列步骤：

. 通过控制DMD（3）的工作面上的n个微镜扫描单元（8）进行第1次偏转，选通n个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路（4）；

. 选通的光经过分光光路得到n个色散光谱，同时照射到探测器（5）上，定义色散光谱的色散方向为X轴方向，与X轴方向垂直为Y轴方向，n个目标像的光通过分光光路（4）后，得到n个色散光谱在X轴方向上依次展开，在Y轴方向上得到n个目标像不同空间位置的光谱分量；

. 探测器（5）记录并存储n个微镜扫描单元（8）第1次偏转获取的光谱数据图；

. 控制DMD（3）的工作面（7）上的n个微镜扫描单元（8）第2次偏转，选通n个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路（4）；

. 选通的光经过分光光路（4）得到n个色散光谱，同时照射到探测器（5）上，由于目标像在X轴方向上发生了偏移，因此对应的色散光谱在探测器（5）上也相应发生了偏移，探测器（5）记录并存储n个微镜扫描单元（8）第2次偏转获取的光谱数据图；

. 控制DMD（3）的工作面（7）上的n个微镜扫描单元（8）依次进行第3、4、……、

次偏转，探测器（5）同步记录并存储每次偏转获取的光谱数据图，其中m表示为每个区域内的微镜扫描单元（8）每次偏转m列微镜（m≥1）；

. 控制DMD（3）的工作面（7）上的n个微镜扫描单元（8）第

次偏转，选通n个扫描区域内对应目标像的光进入分光光路（4）；

. 选通的光经过分光光路（4）得到n个色散光谱，同时照射到探测器（5）上，目标像在X轴方向上发生最后一次偏移，只要保证DMD（3）的工作面（7）上第n个扫描区域内最后一列目标像的光谱能完整的入射到探测器（5）上，就完成对整个二维空间目标的光谱成像；

. 对探测器（5）存储的

幅光谱图像进行数据处理，得出目标的二维空间景象和一维光谱信息，完成目标的光谱成像。

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