CN112484857B - 一种基于dmd的光谱成像系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于DMD的光谱成像系统及方法，该系统包括成像子系统、目标、DMD工作面、若干列处于偏转工作状态的微镜、转像子系统、分光子系统以及探测器工作面，若干处于偏转工作状态的微镜通过DMD工作面的垂直中线平均划分成两部分，一部分为时序上先按列偏转的若干前半部分微镜，另一部分为时序上后按列偏转的若干后半部分微镜，从成像子系统出射出来的光线包括光轴A，从前半部分微镜反射出来的光线包括光轴B，从后半部分微镜反射出来的光线包括光轴C，转像子系统用于改变光轴B或者光轴C的方向，使光轴B与光轴C位于垂直平面上，该系统克服了探测器工作面长边尺寸制约着色散光谱宽度这一缺陷，提高了光谱分辨率。
Description
技术领域
本发明属于光谱成像技术领域，尤其涉及一种基于DMD的光谱成像系统及方法。
背景技术
光谱分辨率用于表征光谱成像系统对目标波谱细节信息的分辨能力，光谱分辨率越高，表明系统检测光谱变化的能力越强。每种物质都拥有专属于它自己的“指纹光谱”，利用这一特性，光谱可作为物质检测与识别的重要依据之一。在地物目标的分类、农业病虫害检测以及癌症组织边缘识别与分割等领域的应用中，通常会出现目标光谱特征相近的情况，这时就需要光谱成像系统具有高光谱分辨率对它们加以分辨，而这一点是低光谱分辨率系统很难实现的。因此，为避免错失光谱细节变化的关键信息，提高光谱分辨率对提升光谱成像系统的检测性能具有重要意义。
狭缝推扫式是目前最常用的一大类光谱成像方法，与快照式等方法相比，它能获取的光谱分辨率更高，构建目标三维数据立方体的原理也更简单。但这类方法需要依靠机械狭缝的运动来完成对目标的二维空间推扫，因此往往会造成系统的体积质量大、能耗高。
得益于微光机电系统(Micro-opto-electro-mechanical systems,MOEMS)技术的快速发展，其代表产品数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)可以解决上述问题。DMD的体积如火柴盒般大小，其工作面由数十万甚至数百万个边长为十个微米左右的微镜构成，每个微镜的镜面反射率超过90％，并且都具有偏转角度相同、方向相反的正、负两种偏转状态，工作中处于何种状态可通过编程控制。利用这些优势，基于DMD的扫描式光谱成像方法通过控制DMD工作面上的微镜进行按列偏转便可实现传统狭缝的推扫功能，例如专利号为CN105527021 A和CN110132412A中所描述的。这种方法与狭缝推扫式光谱成像方法相比，虽然可大大减小系统体积与质量、降低能耗，但也存在一个很大问题，即对探测器工作面选型有特殊要求。如图1所示，在狭缝推扫的整个周期内，狭缝在运动过程中产生的色散光谱的位置不变，因此狭缝推扫式光谱成像系统中的探测器只需在相同位置记录不同的色散光谱即可，对探测器工作面选型并无特殊要求；然而在DMD微镜扫描单元按列偏转的周期内，每次偏转所产生的色散光谱会在一个方向上进行偏移，又由于DMD的工作面为长边大于宽边的矩形，因此所有色散光谱偏移的轨迹会形成一个长宽比较大的矩形区域，即色散光谱长度大于目标像高。为保证探测器记录所有色散光谱，必须将探测器工作面长边方向作为色散光谱的偏移方向，短边方向作为目标像高方向。当色散光谱展开得越宽，所获得的光谱分辨率越高时，基于DMD的扫描式光谱成像系统所要求的探测器工作面的长宽比也越大。然而，目前市场上探测器的面型多为正方形或长宽比较小的矩形，因此在不牺牲空间分辨率的条件下，即目标像高不变，不得不减小色散光谱的宽度来适应现有探测器的面型，但这不仅会导致系统光谱分辨率大大降低，检测光谱微小变化的能力急剧下降，也会造成探测器工作面短边方向上像元的浪费，如图2所示。虽然定制长条型探测器或者将几个探测器进行拼接可以获得长宽比较大的探测器工作面，但这会导致系统的成本急剧上升，不利于基于DMD的扫描式光谱成像系统向商业化与民用化应用领域发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于DMD的光谱成像系统，该系统无需定制大长宽比面型的探测器，使用市场上常见的探测器面型便可获取较高光谱分辨率，克服了现有基于DMD的扫描式光谱成像系统中对探测器工作面选型苛刻的要求，解决了DMD工作面与常见探测器工作面尺寸不匹配的问题，有助于推动基于DMD的扫描式光谱成像系统向商业化与民用化应用领域发展。
本发明所采用的技术方案是，一种基于DMD的光谱成像系统，包括成像子系统、位于成像子系统物面处的目标、位于成像子系统像面处的DMD工作面、位于DMD工作面上的若干列处于偏转工作状态的微镜、转像子系统、分光子系统以及位于分光子系统像面处的探测器工作面，若干处于偏转工作状态的微镜通过DMD工作面的垂直中线平均划分成两部分，一部分为时序上先按列偏转的若干前半部分微镜，另一部分为时序上后按列偏转的若干后半部分微镜，成像子系统用于将目标像会聚在DMD工作面上，从成像子系统出射出来的光线包括光轴A，光轴A经过DMD工作面的正中心，DMD工作面上的前半部分微镜和后半部分微镜均用于将目标像反射进入到转像子系统中，从前半部分微镜反射出来的光线包括光轴B，从后半部分微镜反射出来的光线包括光轴C，光轴B与光轴C分别经过前半部分微镜和后半部分微镜的正中心，光轴B和光轴C分别与DMD工作面形成的交点在水平方向上共线，转像子系统用于改变光轴B或者光轴C的方向，使光轴B与光轴C位于同一垂直平面上，分光子系统用于对转像子系统出来的目标像进行准直、色散和聚焦，分光子系统出来的色散光谱会聚在探测器工作面上。
本发明的有益效果是：采用上述结构的基于DMD的光谱成像系统，通过转像子系统来改变从前半部分微镜出射出来的光轴B或者从后半部分微镜出射出来的光轴C的方向，使得光轴B和光轴C位于同一垂直平面上，最终前、后半部分微镜偏转反射出来的光线所得到的色散光谱不再是沿着同一方向进行偏移，而是被分割成两部分，并且在探测器工作面上沿短边方向上下排布，从而达到减小色散光谱总长度的目的，降低对探测器工作面长宽比较大的需求。与现有基于DMD的扫描式光谱成像系统相比，在DMD微镜按列偏转的周期内，本发明中的探测器不需要在工作面长边方向上记录所有微镜扫描单元按列偏转所得到的色散光谱，而是只记录一半微镜扫描单元按列偏转所得到的色散光谱即可，因此本发明允许色散光谱展开得更宽，得到的光谱分辨率也会更高；探测器工作面在短边方向上被分成上下两部分，分别用于记录DMD前后两部分微镜按列偏转所产生的色散光谱，因此其短边方向也得到充分考虑，本发明无需定制大长宽比面型的探测器，使用市场上常见的探测器面型便可获取较高的光谱分辨率，特别适合应用于成本有限的民用化和商用化领域。
作为优选，转像子系统是根据光轴A与光轴B之间的夹角α大小来确定是改变光轴B的方向还是光轴C的方向，当改变光轴B的方向时，能使光轴B偏移到光轴C的垂直方向上，当改变光轴C的方向时，能使光轴C偏移到光轴B的垂直方向上。
作为优选，当光轴A与光轴B之间的夹角α的取值范围为：0°＜α≤35°时，转像子系统改变光轴B的方向，使光轴B偏移到光轴C的垂直方向上；当光轴A与光轴B之间的夹角α的取值范围为：35°＜α＜180°时，转像子系统改变光轴C的方向，使光轴C偏移到光轴B的垂直方向上。
作为优选，DMD工作面上为矩形，其长边和宽边的尺寸分别设为a和b，设会聚在DMD工作面上的目标像的像高为H，那么要求H≤b。
作为优选，DMD工作面上每个微镜都具有偏转角度相同、方向相反的正、负两种偏转状态，任意选择其中一种状态作为“ON”工作偏转状态，处于该状态的微镜负责将选中的目标像反射进入到转像子系统中；另一种状态作为“OFF”状态，处于该状态的微镜负责将选中的目标像反射到转像子系统外。
作为优选，转像子系统在改变光轴B或者光轴C的方向时，使光轴B或者光轴C在其垂直方向上和水平方向上的改变量分别为h和t，其中h≥b，t＝a/2。
作为优选，转像子系统包括棱镜、反射镜或透镜组。
作为优选，分光子系统包括准直元件、色散元件以及聚焦元件。
作为优选，探测器工作面长边和宽边尺寸分别为c和d，要求L≤2c，2·|M|·H≤d。
作为优选，成像子系统为显微镜镜头，或望远镜镜头，该类镜头属于具有聚焦能力的镜头。
一种基于DMD的光谱成像方法，DMD工作面上包括2n个按列划分的微镜扫描单元(n≥8，n为正整数)，每个微镜扫描单元包含k列微镜(k为正整数)，DMD工作面的前半部分微镜与后半部分微镜分别由n个微镜扫描单元构成，该方法包括以下步骤：
(1)、控制DMD工作面上的第1个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第1列目标像的光线依次进入到转像子系统和分光子系统中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面上，定义光谱色散的方向为X轴方向，与该方向垂直的Y轴方向为空间位置方向，第1列目标像的光谱沿X轴方向按不同波长依次展开，在Y轴方向上得到不同空间位置对应的光谱分量，探测器工作面记录并存储第1列目标像的色散光谱图像，第1个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第1列目标像的光谱成像；
(2)、控制DMD工作面上的第2个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第2列目标像的光线依次进入到转像子系统和分光子系统中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面上，由于目标像在水平方向发生了偏移，所以其色散光谱在探测器工作面上也发生了偏移，探测器工作面记录并存储此时的色散光谱图像，第2个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第2列目标像的光谱成像；
(3)、控制DMD工作面上的第3、4……n个微镜扫描单元按顺序依次发生偏转，探测器工作面同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第3、4……n列目标像的光谱成像；
(4)、控制DMD工作面上的第n+1个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第n+1列目标像的光线依次进入到转像子系统和分光子系统中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面上，由于经过转像子系统后，第n+1列目标像的光线在第1列目标像的光线的垂直方向上，因此经过分光子系统后，第n+1列目标像的色散光谱也在第1列目标像的色散光谱的垂直方向上；探测器工作面记录并存储此时的色散光谱图像，第n+1个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第n+1列目标像的光谱成像；
(5)、控制DMD工作面上的第n+2、n+3……2n-1个微镜扫描单元按顺序依次偏转，探测器工作面同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第n+2、n+3……2n-1列目标像的光谱成像；
(6)、控制DMD工作面上的第2n个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第2n列目标像的光线依次进入到转像子系统和分光子系中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面上；由于经过转像子系统后，第2n列目标像的光线在第n列目标像的光线的垂直方向上，因此经过分光子系统后，第2n列目标像的色散光谱也在第n列目标像的色散光谱的垂直方向上，探测器工作面记录并存储此时的色散光谱图像，第2n个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第2n列目标像的光谱成像；
(7)、对探测器工作面采集到的2n幅色散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，即完整的三维数据立方体。
上述方法克服探测器工作面长边尺寸制约着色散光谱宽度这一缺陷，提高光谱分辨率；解决了DMD工作面与常见探测器工作面尺寸不匹配问题，提高探测器工作面的利用率；增加了基于DMD的扫描式光谱成像系统的普适性，拓宽其应用范围。该方法中无需定制大长宽比面型的探测器，使用市场上常见的探测器面型便可获取较高的光谱分辨率，特别适合应用于成本有限的民用化和商用化领域。
附图说明
图1为狭缝推扫式光谱成像方法与现有的基于DMD的光谱成像方法中色散光谱位置变化对比示意图；
图2为现有的基于DMD的扫描式光谱成像系统所需探测器面型与常见探测器面型容纳色散光谱能力比较示意图；
图3为本发明一种基于DMD的光谱成像系统组成示意图；
图4为本发明中DMD工作面上前半部分微镜和后半部分微镜的划分示意图；
图5为本发明一种基于DMD的光谱成像方法的光谱采集原理示意图；
图6为本发明中第1个微镜扫描单元光谱采集示意图；
图7为本发明中第2个微镜扫描单元光谱采集示意图；
图8为本发明中第n个微镜扫描单元光谱采集示意图；
图9为本发明中第n+1个微镜扫描单元光谱采集示意图；
图10为本发明中第2n个微镜扫描单元光谱采集示意图；
图11为本发明中实施例1中系统组成示意图；
图12为本发明中实施例2中系统组成示意图；
如图所示：1、目标；2、成像子系统；2-01、透镜A；2-02、透镜B；2-03、透镜C；2-11、透镜D；2-12、透镜E；2-13、透镜F；2-14、透镜G；3、光轴A；4、DMD工作面；5、光轴B；6、光轴C；7、转像子系统；7-01、反射镜A；7-02、反射镜B；7-03、反射镜C；7-04、反射镜D；7-11、双胶合透镜组A；7-12、双胶合透镜组B；7-13、双胶合透镜组C；7-14、双胶合透镜组D；8、分光子系统；8-01、准直透镜；8-02、透射式光栅；8-03、聚焦透镜；8-11、凹球面反射镜A；8-12、反射式光栅；8-13、凹球面反射镜B；9、探测器工作面；10、前半部分微镜；11、后半部分微镜。
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的光谱成像系统，如图3所示，包括成像子系统2、位于成像子系统2物面处的目标1、位于成像子系统2像面处的DMD工作面4、位于DMD工作面4上的若干列处于偏转工作状态的微镜、转像子系统7、分光子系统8以及位于分光子系统8像面处的探测器工作面9，若干处于偏转工作状态的微镜通过DMD工作面4的垂直中线平均划分成两部分，一部分为时序上先按列偏转的若干前半部分微镜10，另一部分为时序上后按列偏转的若干后半部分微镜11，成像子系统2用于将目标像会聚在DMD工作面4上，从成像子系统2出射出来的光线包括光轴A3，光轴A3经过DMD工作面4的正中心，DMD工作面4上的前半部分微镜10和后半部分微镜11均用于将目标像反射进入到转像子系统7中，从前半部分微镜10反射出来的光线包括光轴B5，从后半部分微镜11反射出来的光线包括光轴C6，光轴B5与光轴C6分别经过前半部分微镜10和后半部分微镜11的中心，光轴A3射到DMD工作面4上，并与DMD工作面4形成一个交点，光轴B5射到DMD工作面4上，并与DMD工作面4形成一个交点，光轴C6射到DMD工作面4上，并与DMD工作面4形成一个交点，形成的这三个交点在水平方向上共线。转像子系统7用于改变光轴B5或者光轴C6的方向，使光轴B5与光轴C6位于同一垂直平面上，分光子系统8用于对转像子系统7出来的目标像进行准直、色散和聚焦，分光子系统8出来的色散光谱会聚在探测器工作面9上。
转像子系统7是根据光轴A3与光轴B5之间的夹角α大小来确定是改变光轴B5的位置还是光轴C6的方向，当改变光轴B5的方向时，能使光轴B5偏移到光轴C6的垂直方向上，即光轴B5要么位于光轴C6的正上方，要么位于光轴C6的正下方；当改变光轴C6的方向时，能使光轴C6偏移到光轴B5的垂直方向上，即光轴C6要么位于光轴B5的正上方，要么位于光轴B5的正下方；
当光轴A3与光轴B5之间的夹角α的取值范围为：0°＜α≤35°时，转像子系统7改变光轴B5的方向，使光轴B5偏移到光轴C6的垂直方向上，即光轴B5偏移到光轴C6的正上方或者正下方；当光轴A3与光轴B5之间的夹角α的取值范围为：35°＜α＜180°时，转像子系统7改变光轴C6的方向，使光轴C6偏移到光轴B5的垂直方向上，即光轴C6偏移到光轴B5的正上方或者正下方。
DMD工作面4上为矩形，其长边和宽边的尺寸分别设为a和b，设会聚在DMD工作面4上的目标像的像高为H，那么要求H≤b。它由微镜阵列构成，微镜阵列常见规格为1024×768、1920×1080等，微镜的偏转角度大多是±12°，也有±10°，±17°等。每个微镜都具有偏转角度相同、方向相反的正、负两种偏转状态，任意选择其中一种状态作为“ON”工作偏转状态，负责将选中的目标像反射进入到转像子系统7中；另一种状态作为“OFF”状态，处于该状态的微镜负责将选中的目标像反射到转像子系统7外。
DMD工作面4上每个微镜都具有偏转角度相同、方向相反的正、负两种偏转状态，任意选择其中一种状态作为“ON”工作偏转状态，处于该状态的微镜负责将选中的目标像反射进入到转像子系统7中；另一种状态作为“OFF”状态，处于该状态的微镜负责将选中的目标像反射到转像子系统7外。
转像子系统7在改变光轴B5或者光轴C6的方向时，使光轴B5或者光轴C6在其垂直方向上和水平方向上的改变量分别为h和t，其中，为避免转像子系统7遮挡住前部分或后部分微镜按列偏转的出射光线，要求h≥b，t＝a/2。
转像子系统7包括棱镜、反射镜或透镜组。
分光子系统8包括准直元件、色散元件以及聚焦元件。负责将进入的光线进行准直、色散和聚焦。由于色散元件分光能力的强弱和分光子系统8放大倍数M的大小直接影响前、后半部分微镜按列偏转所得到的色散光谱长度总和L，因此要选取合适的放大倍数M以及色散元件的参数，使得前、后半部分微镜按列偏转所得到的色散光谱恰好能完全覆盖探测器工作面9的上方和下方，实现探测器工作面9长边方向上和短边方向上所有像元的充分利用。
探测器工作面9的长边和宽边尺寸分别为c和d，要求L≤2c，2·|M|·H≤d。
成像子系统7为显微镜镜头，或望远镜镜头，还可以是其他具有聚焦能力的镜头。
本发明还提出的一种基于DMD的光谱成像方法，其光谱采集原理如图5所示。目标像被DMD工作面4上2n个微镜扫描单元按列划分(n≥8，n为正整数)，每个微镜扫描单元包含k列微镜(k为正整数)，DMD工作面4的前半部分微镜10与后半部分微镜11分别由n个微镜扫描单元构成。在这里，为了方便阐述光谱采集原理，假设经过转像子系统7后，后半部分微镜11按列偏转的出射光线光轴C6在前半部分微镜10按列偏转的出射光线光轴B5的正上方。通过控制DMD工作面4上的2n个微镜扫描单元按顺序依次偏转，实现对目标像的二维空间扫描，与此同时，探测器工作面9同步记录下2n幅色散光谱图，完成目标1的所有三维数据立方体的采集。本发明提出的一种基于DMD的光谱成像方法具体包括以下步骤：
步骤1：参阅图6，控制DMD工作面4上的第1个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第1列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。定义光谱色散的方向为X轴方向，与该方向垂直的Y轴方向为空间位置方向。第1列目标像的光谱沿X轴方向按不同波长依次展开，在Y轴方向上得到不同空间位置对应的光谱分量。探测器工作面9记录并存储了第1列目标像的色散光谱图像，第1个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第1列目标像的光谱成像；
步骤2：参阅图7，控制DMD工作面4上的第2个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第2列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于目标像在水平方向发生了偏移，所以其色散光谱在探测器工作面9上也发生了偏移；探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第2个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第2列目标像的光谱成像；
步骤3：控制DMD工作面4上的第3、4……n-1个微镜扫描单元按顺序依次偏转，探测器工作面9同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第3、4……n-1列目标像的光谱成像；
步骤4：参阅图8，控制DMD工作面4上的第n个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第n列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于不同列目标像的空间位置在X轴方向上的光谱发生偏移，所以只要保证探测器工作面9能完整采集到第n列目标像的色散光谱，便能完成前半部分微镜10对应的目标像的光谱成像。探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第n个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第n列目标像的光谱成像；
步骤5：参阅图9，控制DMD工作面4上的第n+1个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第n+1列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于经过转像子系统7后，第n+1列目标像的光线在第1列目标像的光线的正上方，因此经过分光子系统8后，第n+1列目标像的色散光谱也在第1列目标像的色散光谱的正上方。由于前n个微镜扫描单元按列偏转所得到的色散光谱的偏移规律和总长度，与后n个微镜扫描单元按列偏转所得到的色散光谱的偏移规律和总长度相同，所以，只要保证探测器工作面9能完整采集到第n+1列目标像的色散光谱，便能完成后半部分微镜11对应的目标像的光谱成像。探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第n+1个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第n+1列目标像的光谱成像；
步骤6：控制DMD工作面4上的第n+2、n+3……2n-1个微镜扫描单元按顺序依次偏转，探测器工作面9同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第n+2、n+3……2n-1列目标像的光谱成像；
步骤7：参阅图10，控制DMD工作面4上的第2n个微镜扫描单元偏转，使其处于ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第2n列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于经过转像子系统7后，第2n列目标像的光线在第n列目标像的光线的正上方，因此经过分光子系统8后，第2n列目标像的色散光谱也在第n列目标像的色散光谱的正上方。探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第2n个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第2n列目标像的光谱成像；
步骤8：对探测器工作面9采集到的2n幅色散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，即完整的三维数据立方体，本发明提出的一种基于DMD的光谱成像方法的光谱采集过程结束。
实施例1：
本实施例提出的一种基于DMD的光谱成像系统组成如图11所示，主要包括目标1、成像子系统2(包括透镜A2-01、透镜B2-02和透镜C2-03)、成像子系统光轴A3、DMD工作面4、前半部分微镜10按列偏转的出射光线光轴B5、后半部分微镜11按列偏转的出射光线光轴C6、转像子系统7(包括反射镜A7-01、反射镜B7-02、反射镜C7-03和反射镜D7-04)、分光子系统8(包括准直透镜8-01、透射式光栅8-02和聚焦透镜8-03)、探测器工作面9、前半部分微镜10和后半部分微镜11。参阅图4，将DMD工作面4上的全部微镜按DMD工作面4的垂直中线平均划分成两部分，时序上先按列偏转的一部分微镜称为前半部分微镜10，后按列偏转的一部分微镜称为后半部分微镜11。
目标1与DMD工作面4分别位于成像子系统2的物面与像面处。
成像子系统光轴A3经过目标1与DMD工作面4的中心，前半部分微镜10按列偏转的出射光线光轴B5和后半部分微镜11按列偏转的出射光线光轴C6分别经过DMD工作面4上前半部分微镜10的中心和后半部分微镜11的中心。光轴A3、光轴B5和光轴C6与DMD工作面4形成的三个交点在水平方向上共线。
探测器工作面9位于分光子系统8的像面处。
成像子系统2将目标1缩小的像会聚在DMD工作面4上。所述的成像子系统2为望远镜镜头，主要由透镜A2-01、透镜B2-02和透镜C2-03构成，负责将目标1缩小的像会聚在DMD工作面4上，像高为H，此时H＝10mm。
DMD工作面4上处于偏转工作状态的微镜将成像子系统2所成的目标像反射进入到转像子系统7中去。其中，成像子系统光轴A3与前半部分微镜按列偏转的出射光线光轴B5的夹角为120°，为减小系统体积以及增加光路的紧凑性，要求转像子系统7只改变后半部分微镜11按列偏转反射出来的目标像光线方向，使其偏移到前半部分微镜10按列偏转反射出来的目标像光线的正上方。
从转像子系统7出来的目标像光线再进入到分光子系统8中进行准直、色散和聚焦，最后得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。
由于经过转像子系统7后，后半部分微镜11按列偏转的出射光线光轴C6在前半部分微镜10按列偏转的出射光线光轴B5的正上方，那么在探测器工作面9上，后半部分微镜11按列偏转所得到的色散光谱也会在前半部分微镜10按列偏转所得到的色散光谱的正上方。
所述的DMD工作面4为矩形，长边和宽边尺寸分别为a和b，此时a＝14mm，b＝10.5mm，它由微镜阵列构成，微镜阵列为1024×768，微镜的偏转角度是±12°。每个微镜都具有偏转角度相同、方向相反的正、负两种偏转状态，选择正偏转状态作为“ON”工作偏转状态，负责将选中的目标像反射进入到转像子系统7中；负偏转状态作为“OFF”状态，处于该状态的微镜负责将选中的目标像反射到转像子系统7外。
所述的前半部分微镜10按列偏转的出射光线光轴B5为前半部分微镜10全部偏转时反射出来的目标像光线的中心线。
所述的后半部分微镜11按列偏转的出射光线光轴C6为后半部分微镜11全部偏转时反射出来的目标像光线的中心线。
所述的转像子系统7主要由反射镜A7-01、反射镜B7-02、反射镜C7-03和反射镜D7-04构成，负责改变后半部分微镜11按列偏转反射出来的目标像光线方向，在竖直方向上与水平方向上的改变量分别为h和t(t＝7mm)，为避免转像子系统7遮挡住前半部分微镜10按列偏转的出射光线，设置h＝11mm。
所述的分光子系统8主要由准直透镜8-01、透射式光栅8-02和聚焦透镜8-03构成，负责将进入的光线进行准直、色散和聚焦。由于色散元件分光能力的强弱和分光子系统8放大倍数M的大小直接影响前后半部分微镜10和后半部分微镜11按列偏转所得到的色散光谱长度总和L，因此要选取合适的放大倍数M以及色散元件的参数，使得前半部分微镜10、后半部分微镜11按列偏转所得到的色散光谱恰好能完全覆盖探测器工作面9的上方和下方，实现探测器工作面9长边方向上和短边方向上所有像元的充分利用，此时色散元件为600lines/mm的光栅，M＝-0.5，L＝26mm。
所述的探测器工作面9为市场上常见的正方形探测器面型，像元阵列为2056×2056，长边和宽边尺寸分别为c和d，此时c＝13.364mm，d＝13.364mm，满足2·|M|·H≤d、L≤2c。
本发明提出的一种基于DMD的光谱成像方法的光谱采集原理如图5所示。目标像被DMD工作面4上1024个微镜扫描单元按列划分，每个微镜扫描单元包含1列微镜，DMD工作面4的前半部分微镜10与后半部分微镜11分别由512个微镜扫描单元构成，此时n＝512，k＝1。通过控制DMD工作面4上的1024个微镜扫描单元按顺序依次偏转，实现对目标像的二维空间扫描，与此同时，探测器工作面9同步记录下1024幅色散光谱图，完成目标1的所有三维数据立方体的采集。本发明提出的一种基于DMD的光谱成像方法的光谱采集原理过程具体包括以下步骤：
步骤1：参阅图6，控制DMD工作面4上的第1个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第1列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。定义光谱色散的方向为X轴方向，与该方向垂直的Y轴方向为空间位置方向。第1列目标像的光谱沿X轴方向按不同波长依次展开，在Y轴方向上得到不同空间位置对应的光谱分量。探测器工作面9记录并存储了第1列目标像的色散光谱图像，第1个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第1列目标像的光谱成像；
步骤2：参阅图7，控制DMD工作面4上的第2个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第2列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于目标像在水平方向发生了偏移，所以其色散光谱在探测器工作面9上也发生了偏移；探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第2个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第2列目标像的光谱成像；
步骤3：控制DMD工作面4上的第3、4……511个微镜扫描单元按顺序依次偏转，探测器工作面9同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第3、4……511列目标像的光谱成像；
步骤4：参阅图8，控制DMD工作面4上的第512个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第512列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于不同列目标像的空间位置在X轴方向上的光谱发生偏移，所以只要保证探测器工作面9能完整采集到第512列目标像的色散光谱，便能完成前半部分微镜10对应的目标像的光谱成像。探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第512个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第512列目标像的光谱成像；
步骤5：参阅图9，控制DMD工作面4上的第513个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第513列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于经过转像子系统7后，第513列目标像的光线在第1列目标像的光线的正上方，因此经过分光子系统8后，第513列目标像的色散光谱也在第1列目标像的色散光谱的正上方。由于前512个微镜扫描单元按列偏转所得到的色散光谱的偏移规律和总长度，与后512个微镜扫描单元按列偏转所得到的色散光谱的偏移规律和总长度相同，所以，只要保证探测器工作面9能完整采集到第513列目标像的色散光谱，便能完成后半部分微镜11对应的目标像的光谱成像。探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第513个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第513列目标像的光谱成像；
步骤6：控制DMD工作面4上的第514、515……1023个微镜扫描单元按顺序依次偏转，探测器工作面9同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第514、515……1023列目标像的光谱成像；
步骤7：参阅图10，控制DMD工作面4上的第1024个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第1024列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于经过转像子系统7后，第1024列目标像的光线在第512列目标像的光线的正上方，因此经过分光子系统8后，第1024列目标像的色散光谱也在第512列目标像的色散光谱的正上方。探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第1024个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第1024列目标像的光谱成像；
步骤8：对探测器工作面9采集到的1024幅色散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，即完整的三维数据立方体，本发明提出的一种基于DMD的光谱成像方法的光谱采集过程结束。
实施例2：
本实施例提出的一种基于DMD的光谱成像系统组成如图12所示，主要包括目标1、成像子系统2(包括透镜D2-11、透镜E2-12、透镜F2-13和透镜G2-14)、成像子系统光轴A3、DMD工作面4、前半部分微镜10按列偏转的出射光线光轴B5、后半部分微镜11按列偏转的出射光线光轴C6、转像子系统7(包括双胶合透镜组A7-11、双胶合透镜组B7-12、双胶合透镜组C7-13和双胶合透镜组D7-14)、分光子系统8(包括凹球面反射镜A8-11、反射式光栅8-12和凹球面反射镜B8-13)、探测器工作面9、前半部分微镜10和后半部分微镜11。参阅图4，将DMD工作面4上的全部微镜被DMD工作面4的垂直中线平均划分成两部分，时序上先按列偏转的一部分微镜称为前半部分微镜10，后按列偏转的一部分微镜称为后半部分微镜11。目标1与DMD工作面4分别位于成像子系统2的物面与像面处，成像子系统光轴A3经过目标1与DMD工作面4的中心，前半部分微镜按列偏转的出射光线光轴B5和后半部分微镜按列偏转的出射光线光轴C6分别经过DMD工作面4上前半部分微镜10中心和后半部分微镜11的中心，光轴A3、光轴B5和光轴C6与DMD工作面4形成的三个交点在水平方向上共线。探测器工作面9位于分光子系统8的像面处。成像子系统2将目标1放大的像会聚在DMD工作面4上，DMD工作面4上处于偏转工作状态的微镜将成像子系统2所成的目标像反射进入到转像子系统7中去。其中，成像子系统光轴A3与前半部分微镜10按列偏转的出射光线光轴B5的夹角为30°，为避免成像子系统2、转像子系统7与分光子系统8三者之间发生空间位置干涉，要求转像子系统7只改变前半部分微镜10按列偏转反射出来的目标像光线方向，使其偏移到后半部分微镜11按列偏转反射出来的目标像光线的正下方。从转像子系统7出来的目标像光线再进入到分光子系统8中进行准直、色散和聚焦，最后得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于经过转像子系统7后，后半部分微镜11按列偏转的出射光线光轴C6在前半部分微镜10按列偏转的出射光线光轴B5的正上方，那么在探测器工作面9上，后半部分微镜11按列偏转所得到的色散光谱也会在前半部分微镜10按列偏转所得到的色散光谱的正上方。
所述的成像子系统2为显微镜头，主要由透镜D2-11、透镜E2-12、透镜F2-13和透镜G2-14构成，负责将目标1放大的像会聚在DMD工作面4上，像高为H，此时H＝6mm。
所述的DMD工作面4为矩形，长边和宽边尺寸分别为a和b，此时a＝14mm，b＝10.5mm，它由微镜阵列构成，微镜阵列为1024×768，微镜的偏转角度是±12°。每个微镜都具有偏转角度相同、方向相反的正、负两种偏转状态，选择正偏转状态作为“ON”工作偏转状态，负责将选中的目标像反射进入到转像子系统7中；负偏转状态作为“OFF”状态，处于该状态的微镜负责将选中的目标像反射到转像子系统7外。
所述的前半部分微镜按列偏转的出射光线光轴B5为前半部分微镜10全部偏转时反射出来的目标像光线的中心线。
所述的后半部分微镜按列偏转的出射光线光轴C6为后半部分微镜11全部偏转时反射出来的目标像光线的中心线。
所述的转像子系统7主要由双胶合透镜组A7-11、双胶合透镜组B7-12、双胶合透镜组C7-13和双胶合透镜组D7-14构成，负责改变前半部分微镜10按列偏转反射出来的目标像光线方向，在竖直方向上与水平方向上的改变量分别为h和t(t＝7mm)，为避免转像子系统7遮挡住后部分微镜11按列偏转的出射光线，设置h＝16mm。
所述的分光子系统8主要由凹球面反射镜A8-11、反射式光栅8-12和凹球面反射镜B8-13构成，负责将进入的光线进行准直、色散和聚焦。由于色散元件分光能力的强弱和分光子系统8放大倍数M的大小直接影响前半部分微镜10和后半部分微镜11按列偏转所得到的色散光谱长度总和L，因此要选取合适的放大倍数M以及色散元件的参数，使得前半部分微镜10和后半部分微镜11按列偏转所得到的色散光谱恰好能完全覆盖探测器工作面9的上方和下方，实现探测器工作面9长边方向上和短边方向上所有像元的充分利用，此时色散元件为600lines/mm的光栅，M＝-1，L＝24mm。
所述的探测器工作面9为市场上常见的正方形探测器面型，像元阵列为4504×4504，长边和宽边尺寸分别为c和d，此时c＝12.3mm，d＝12.3mm，满足2·|M|·H≤d、L≤2c。
本发明提出的一种基于DMD的光谱成像方法的光谱采集原理如图5所示。目标像被DMD工作面4上512个微镜扫描单元按列划分，每个微镜扫描单元包含2列微镜，DMD工作面4的前半部分微镜10与后半部分微镜11分别由256个微镜扫描单元构成，此时n＝256，k＝2。通过控制DMD工作面4上的512个微镜扫描单元按顺序依次偏转，实现对目标像的二维空间扫描，与此同时，探测器工作面9同步记录下512幅色散光谱图，完成目标1的所有三维数据立方体的采集。本发明提出的一种基于DMD的光谱成像方法的光谱采集原理过程具体包括以下步骤：
步骤1：参阅图6，控制DMD工作面4上的第1个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第1列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。定义光谱色散的方向为X轴方向，与该方向垂直的Y轴方向为空间位置方向。第1列目标像的光谱沿X轴方向按不同波长依次展开，在Y轴方向上得到不同空间位置对应的光谱分量。探测器工作面9记录并存储了第1列目标像的色散光谱图像，第1个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第1列目标像的光谱成像；
步骤2：参阅图7，控制DMD工作面4上的第2个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第2列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于目标像在水平方向发生了偏移，所以其色散光谱在探测器工作面9上也发生了偏移；探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第2个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第2列目标像的光谱成像；
步骤3：控制DMD工作面4上的第3、4……255个微镜扫描单元按顺序依次偏转，探测器工作面9同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第3、4……255列目标像的光谱成像；
步骤4：参阅图8，控制DMD工作面4上的第256个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第256列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于不同列目标像的空间位置在X轴方向上的光谱发生偏移，所以只要保证探测器工作面9能完整采集到第256列目标像的色散光谱，便能完成前半部分微镜对应的目标像的光谱成像。探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第256个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第256列目标像的光谱成像；
步骤5：参阅图9，控制DMD工作面4上的第257个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第257列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于经过转像子系统7后，第257列目标像的光线在第1列目标像的光线的正上方，因此经过分光子系统8后，第257列目标像的色散光谱也在第1列目标像的色散光谱的正上方。由于前256个微镜扫描单元按列偏转所得到的色散光谱的偏移规律和总长度，与后256个微镜扫描单元按列偏转所得到的色散光谱的偏移规律和总长度相同，所以，只要保证探测器9能完整采集到第257列目标像的色散光谱，便能完成后半部分微镜对应的目标像的光谱成像。探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第257个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第257列目标像的光谱成像；
步骤6：控制DMD工作面4上的第258、259……511个微镜扫描单元按顺序依次偏转，探测器工作面9同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第258、259……511列目标像的光谱成像；
步骤7：参阅图10，控制DMD工作面4上的第512个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第512列目标像的光线依次进入到转像子系统7和分光子系统8中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面9上。由于经过转像子系统7后，第512列目标像的光线在第256列目标像的光线的正上方，因此经过分光子系统8后，第512列目标像的色散光谱也在第256列目标像的色散光谱的正上方。探测器工作面9记录并存储此时的色散光谱图像，第512个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第512列目标像的光谱成像；
步骤8：对探测器工作面9采集到的512幅色散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，即完整的三维数据立方体，本发明提出的一种基于DMD的光谱成像方法的光谱采集过程结束。
Claims (8)
1.一种基于DMD的光谱成像系统，其特征在于：包括成像子系统(2)、位于成像子系统(2)物面处的目标(1)、位于成像子系统(2)像面处的DMD工作面(4)、位于DMD工作面(4)上的若干列处于偏转工作状态的微镜、转像子系统(7)、分光子系统(8)以及位于分光子系统(8)像面处的探测器工作面，若干处于偏转工作状态的微镜通过DMD工作面(4)的垂直中线平均划分成两部分，一部分为时序上先按列偏转的若干前半部分微镜(10)，另一部分为时序上后按列偏转的若干后半部分微镜(11)，成像子系统(2)用于将目标(1)像会聚在DMD工作面(4)上，从成像子系统(2)出射出来的光线包括光轴A(3)，光轴A(3)经过DMD工作面(4)的正中心，DMD工作面(4)上的前半部分微镜(10)和后半部分微镜(11)均用于将目标像反射进入到转像子系统(7)中，从前半部分微镜(10)反射出来的光线包括光轴B(5)，从后半部分微镜(11)反射出来的光线包括光轴C(6)，光轴B(5)与光轴C(6)分别经过前半部分微镜(10)和后半部分微镜(11)的正中心，光轴A(3)、光轴B(5)和光轴C(6)分别与DMD工作面(4)形成的交点在水平方向上共线，转像子系统(7)用于改变光轴B(5)或者光轴C(6)的方向，使光轴B(5)与光轴C(6)位于垂直平面上，分光子系统(8)用于对转像子系统(7)出来的目标像进行准直、色散和聚焦，分光子系统(8)出来的色散光谱会聚在探测器工作面(9)上；转像子系统(7)是根据光轴A(3)与光轴B(5)之间的夹角α大小来确定是改变光轴B(5)的位置还是光轴C(6)的方向，当改变光轴B(5)的方向时，能使光轴B(5)偏移到光轴C(6)的垂直方向上，当改变光轴C(6)的方向时，能使光轴C(6)偏移到光轴B(5)的垂直方向上；DMD工作面(4)上每个微镜都具有偏转角度相同、方向相反的正、负两种偏转状态，任意选择其中一种状态作为“ON”工作偏转状态，负责将选中的目标(1)像反射进入到转像子系统(7)中；另一种状态作为“OFF”状态，处于该状态的微镜负责将选中的目标(1)像反射到转像子系统(7)外。
2.根据权利要求1所述的一种基于DMD的光谱成像系统，其特征在于：当光轴A(3)与光轴B(5)之间的夹角α的取值范围为：0°＜α≤35°时，转像子系统(7)改变光轴B(5)的方向，使光轴B(5)偏移到光轴C(6)的垂直方向上；当光轴A(3)与光轴B(5)之间的夹角α的取值范围为：35°＜α＜180°时，转像子系统(7)改变光轴C(6)的方向，使光轴C(6)偏移到光轴B(5)的垂直方向上。
3.根据权利要求1所述的一种基于DMD的光谱成像系统，其特征在于：DMD工作面(4)为矩形，其长边和宽边的尺寸分别设为a和b，设会聚在DMD工作面(4)上的目标像的像高为H，那么要求H≤b。
4.根据权利要求1所述的一种基于DMD的光谱成像系统，其特征在于：转像子系统(7)在改变光轴B(5)或者光轴C(6)的方向时，使光轴B(5)或者光轴C(6)在其垂直方向上和水平方向上的改变量分别为h和t，其中h≥b，t＝a/2。
5.根据权利要求4所述的一种基于DMD的光谱成像系统，其特征在于：转像子系统(7)包括棱镜、反射镜或透镜。
6.根据权利要求1所述的一种基于DMD的光谱成像系统，其特征在于：分光子系统(8)包括准直元件、色散元件以及聚焦元件。
7.根据权利要求1所述的一种基于DMD的光谱成像系统，其特征在于：探测器工作面(9)长边和宽边尺寸分别为c和d，要求L≤2c，2·|M|·H≤d，其中，L为前半部分微镜(10)和后半部分微镜(11)按列偏转所得到的色散光谱的总长度，M为分光子系统(8)的放大倍数。
8.一种基于DMD的光谱成像方法，DMD工作面(4)上包括2n个按列划分的微镜扫描单元，其中，n≥8，n为正整数，每个微镜扫描单元包含k列微镜，其中，k为正整数，DMD工作面(4)的前半部分微镜(10)与后半部分微镜(11)分别由n个微镜扫描单元构成，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)、控制DMD工作面(4)上的第1个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第1列目标像的光线依次进入到转像子系统(7)和分光子系统(8)中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面上，定义光谱色散的方向为X轴方向，与该方向垂直的Y轴方向为空间位置方向，第1列目标像的光谱沿X轴方向按不同波长依次展开，在Y轴方向上得到不同空间位置对应的光谱分量，探测器工作面记录并存储第1列目标像的色散光谱图像，第1个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第1列目标像的光谱成像；
(2)、控制DMD工作面(4)上的第2个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第2列目标像的光线依次进入到转像子系统(7)和分光子系统(8)中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面上，由于目标像在水平方向发生了偏移，所以其色散光谱在探测器工作面上也发生了偏移，探测器工作面记录并存储此时的色散光谱图像，第2个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第2列目标像的光谱成像；
(3)、控制DMD工作面(4)上的第3、4……n个微镜扫描单元按顺序依次发生偏转，探测器工作面同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第3、4……n列目标像的光谱成像；
(4)、控制DMD工作面(4)上的第n+1个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第n+1列目标像的光线依次进入到转像子系统(7)和分光子系统(8)中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面(9)上，由于经过转像子系统(7)后，第n+1列目标像的光线在第1列目标像的光线的垂直方向上，因此经过分光子系统(8)后，第n+1列目标(1)像的色散光谱也在第1列目标像的色散光谱的垂直方向上；探测器工作面(9)记录并存储此时的色散光谱图像，第n+1个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第n+1列目标像的光谱成像；
(5)、控制DMD工作面(4)上的第n+2、n+3……2n-1个微镜扫描单元按顺序依次偏转，探测器工作面(9)同步记录并存储相应的色散光谱图像，完成第n+2、n+3……2n-1列目标像的光谱成像；
(6)、控制DMD工作面(4)上的第2n个微镜扫描单元偏转，使其处于“ON”状态，其他微镜扫描单元处于“OFF”状态，反射第2n列目标像的光线依次进入到转像子系统(7)和分光子系统(8)中去，得到的色散光谱会聚在探测器工作面(9)上；由于经过转像子系统(7)后，第2n列目标像的光线在第n列目标像的光线的垂直方向上，因此经过分光子系统(8)后，第2n列目标像的色散光谱也在第n列目标像的色散光谱的垂直方向上，探测器工作面(9)记录并存储此时的色散光谱图像，第2n个微镜扫描单元偏转工作结束，完成了第2n列目标像的光谱成像；
(7)、对探测器工作面(9)采集到的2n幅色散光谱图像进行数据处理，得出目标(1)的二维空间景象和一维光谱信息，即完整的三维数据立方体。
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