CN115655471A - 一种基于掩膜的空间外差干涉成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于掩膜的空间外差干涉成像方法，其中，基于掩膜的空间外差干涉成像方法包括：成像平台带动成像系统相对景物进行水平移动，成像系统包括一次设置的前置镜，准直镜，分束器，光栅，成像镜，掩膜及探测器，成像系统与成像平台固定，成像系统的光轴垂直于景物；经准直镜后进入光栅，再经光栅后，干涉图谱数据进入掩膜模板进行调制，干涉数据沿掩膜逐行调制，经成像镜在探测器上得到叠加干涉数据，干涉成像平台内部无运动部件，形成推扫式干涉成像系统，不仅保留了掩膜的高通量，高信噪比的特性，更提高了空间外差干涉成像仪的稳定性和可靠性。为遥感领域成像带来高效，高质量的成像方式。

Description

一种基于掩膜的空间外差干涉成像方法

技术领域

本发明涉及空间外差成像光谱仪技术领域，尤其涉及一种基于掩膜的空间外差干涉成像方法及装置。

背景技术

将压缩感知理论应用到光谱成像技术领域是近些年来的研究热点，该技术，使得系统在保持较高灵敏度的同时也能够兼顾空间分辨率能力。因此，在成像光谱领域具有很高的应用价值和潜力。

掩膜方法空间外差干涉成像数据的采集是通过在CCD探测器前放置不同的编码图案(掩膜)，对光线调制以达到记录干涉数据的目的。

空间外差扫描成像是属于时空联合调制光谱的范畴。时间上是指以扫描成像的方式实现干涉图像序列的采集，而空间外差光谱仪是以空间调制的方式工作，整体系统相当于是在成像系统中加入了空间外差光谱仪。空间外差光谱仪的结构中没有狭缝，是以迈克尔逊干涉仪为原型，用衍射光栅替换平面反射镜，非Littrow波长的入射光线利用光栅分光能力产生干涉条纹。空间外差扫描成像过程中对目标区域单次采集的干涉图像数据，只是该区域目标在某一光程差下干涉信息，要想复原出目标点的光谱信息，则必须获得目标点的完整干涉数据，即该目标点每个光程差下的干涉信息。

空间外差成像光谱技术具有高通量，高信噪比，超高分辨率等原理性优点，但是其在应用过程中，存在如下的核心问题，极大限制了该技术的应用领域。

现有的空间外差成像光谱仪在成像过程中，采集一次数据需要有非常大的存储空间，并且在数据处理的过程中有大量冗余的数据造成了运算时间的增大。对于遥感应用来说，如何在数据的采集与存储之间大大减少计算时间与存储量是个急需解决的问题。

因此，现有基于空间外差干涉成像技术目前的应用领域提出以压缩成像理论为基础，采用掩膜板来达到调制目标图像光线，解决大量数据冗余以及数据传输过程中带宽迅速上升的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于掩膜的空间外差干涉成像方法及装置，提高光谱成像过程中数据大量冗余以及数据存储问题。

本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于掩膜的空间外差干涉成像方法，包括：

A1，干涉成像平台带动成像系统相对景物移动；

A2，依次经过前置镜，准直镜，光栅，成像镜，掩膜板，成像镜及探测器；

A3，景物的干涉光谱数据立方体经由成像镜L2后进入掩模版调制，掩膜板对干涉图进行逐行调制；

A4，经过掩膜调制后的干涉图经过成像镜L3再探测器上得到调制过的干涉数据。

一种基于掩膜的空间外差干涉成像装置，包括成像平台以及与所述平台固定的成像系统，所述成像系统包括依次设置的前置经，准直镜，光栅，掩膜板，成像镜及探测器，所述成像系统与所述成像平台固定，成像平台用于带动成像系统相对景物进行水平移动。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，前置镜，准直镜，分束器，光栅，掩膜板，成像镜及探测器共同组成成像系统，固定于光谱成像平台，平台内部无运动部件，形成推扫式干涉成像系统，不仅有效利用掩模版对干涉数据进行了调制，减少了大量数据处理过程中的冗余性和存储量大的问题，更提高成像仪的稳定性与可靠性，为遥感领域带来高效，高质量的成像方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例基于编码孔径的空间外差干涉成像方法流程示意图。

图2为本发明实施例掩膜设计的示意图。

图3为本发明实施例基于掩膜的空间外差干涉成像装置构成示意图。

图4为本发明实施例掩膜模块工作示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。

如图1所示，本发明实施例基于掩膜的空间外差干涉成像方法，包括：

A1，干涉成像平台带动成像系统相对景物移动；

A2，依次经过前置镜，准直镜，光栅，成像镜，掩膜，成像镜及探测器；

A3，景物的干涉光谱数据立方体经由成像镜L2后进入掩膜板调制，板对干涉图进行逐行调制；

A4，经过掩模版调制过的的干涉图经过成像镜L3再探测器上得到调制处理过的干涉数据。

本领域技术人员可以理解，成像系统的光轴可以为系统的对称轴。

本领域技术人员可以参考现有技术理解成像系统及其包括的前置镜，准直镜，分束器，光栅，掩模版，成像镜及探测器，如可以参考现有的空间外差光谱成像仪理解，示例性的，目标光经前置镜后，汇聚到一次像面，经过分束器后，分成两束干涉光叠加进入到掩膜板平面重合，目标像经掩膜板进行编码调制后，到达成像镜，经过成像镜成像后再探测器成像，得到经掩膜板调制后的干涉图谱数据。

干涉成像平台可以为平板式或者框架式，等等，本领域技术人员可以理解，干涉成像平台用于安转固定成像系统，干涉成像平台带动成像系统相对景物进行推扫，干涉成像平台的结构不受限制，干涉成像平台与成像系统的安装方式也不受限制，光谱成像平台用于安转固定成像系统，成像系统可以直接安装，通过框架安装在干涉光谱成像平台上。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，前置镜，准直镜，分束器，光栅，掩膜板，成像镜及探测器共同组成成像系统，固定于干涉成像平台，平台内部无运动部件，形成推扫式干涉成像系统，不仅保留编码孔径光谱成像高通量，高信噪比的特性，更提高了光谱仪的稳定性与可靠性，为遥感领域带来高效，高质量的成像方式。

本发明实施例基于编码孔径的空间外差干涉成像方法，解决了现有空间外差干涉成像光谱仪稳定性和可靠性低。本发明实施例基于编码孔径的空间外差干涉成像方法对系统运动形式和成像方式进行设计和完善，使得编码模板，光栅，探测器及相关光学元件(前置经，准直经，成像镜等)共同组成成像系统，安装与成像平台，实现平台整体推扫成像，提升系统的稳定性和可靠性。

如图2所示，对应上述实施例一种基于编码孔径的空间外差干涉成像方法，本发明实施例一种基于编码孔径的空间外差干涉成像装置，包括干涉成像平台以及与其固定的成像系统，成像系统包括一次设置的前置镜，编码模板，准直镜，光栅，成像镜及探测器，成像系统与干涉成像平台固定，干涉成像平台用于带动成像系统相对景物进行水平移动。

本领域技术人员可以理解，成像系统的光轴可以为系统的对称轴。

本领域技术人员可以参考现有的技术理解成像系统及其包括的前置镜，，准直镜，分束器，光栅，掩膜板，成像镜及探测器，如可以参考现有的空间外差干涉成像光谱仪理解，示例性的，目标光经前置镜后，汇聚到一次像面，经过分束器后，分成两束干涉光叠加进入到掩膜板平面重合，目标像经掩膜板进行编码调制后，到达成像镜，经过成像镜成像后再探测器成像，得到经编码模板调制后的干涉图谱数据。

干涉成像平台可以为平板式或者框架是，等等，本领域技术人员可以理解，干涉成像平台用于安转固定成像系统，干涉成像平台带动成像系统相对景物进行推扫，干涉成像平台的结构不受限制，干涉成像平台与成像系统的安装方式也不受限制，干涉成像平台用于安转固定成像系统，成像系统可以直接安装，通过框架安装在干涉成像平台上。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，前置镜，准直镜，分束器，光栅，掩模版，成像镜及探测器共同组成成像系统，固定于干涉成像平台，平台内部无运动部件，形成推扫式干涉成像系统，不仅保留空间外差光谱成像的高通量，高信噪比，超高分辨率的特性，还减小了大量数据造成的冗余以及数据量存储大的问题，为遥感领域带来快速，高质量的成像方式。

可选的，光栅的干涉方向与掩膜模板的行方向一致，或者，光栅的干涉方向与掩膜模板的列方向一致。

本领域技术人员可以理解，光栅的干涉方向与编码模板的行方向或者列方向一致，但仅仅只能选择一个方向保持一致，以便保证只有一个方向的干涉叠加。

可选的，成像系统的移动方向与光栅的干涉方向垂直。

本领域技术人员可以理解，可以通过沿光轴旋转光栅改变干涉角度，在此不作赘述。

干涉角度改变的目的是保证干涉角度与成像系统整体移动方向垂直，此时，掩膜模板随系统同步移动，可以保证掩膜板每一行与目标间的相对移动，对不会对其他行产生干涉影响。

具体的，光栅的干涉方向与掩膜板的行方向一致时，景物的干涉数据立方体沿掩膜板逐行遍历，经光栅后再探测器上得到干涉数据，可以包括：

干涉数据立方体沿垂直于光栅的方向移动1行，干涉数据立方体的第N-1行数据相应的被掩膜板的第N行调制，在探测器的第N行形成调制后的干涉数据，N大于等于2.

本发明实施例基于掩膜的空间外差干涉成像装置解决了现有空间外差光谱成像仪数据处理过中大量的数据冗余和存储量大的问题，本发明基于掩膜的空间外差干涉成像装置对系统运动形式和成像方式进行设计和完善，使得掩膜板，光栅，探测器及相应光学元件(前置镜，准直镜，成像镜等)共同组成成像系统，安装余成像平台，实现平台整体推扫成像，提升系统稳定性和可靠性。

如图3所示，本发明实施例基于掩膜的空间外差干涉成像装置探测过程：

掩膜板，探测器及相关光学元件(前置镜，准直镜，成像镜等)共同组成成像系统，经过光栅干涉后的图谱经掩膜板调制，得到所需要的调制后的数据立方体。即一系列连续的推扫得到的干涉图，经过掩膜板重新调制，得到所需的的图像序列并进行存储。

可见推扫式基于掩膜的空间外差干涉成像系统通过推扫平台整体来实现不同编码方式的变换，而编码模板固定于系统中，成像系统内部各部件无需运动，因此整个成像系统的稳定性更高。

通过上述描述可见，本发明基于掩膜的空间外差干涉成像方法及装置在保留高通量，高信噪比等优点的同时，主要解决当前空间外差干涉成像仪大数据处理过中产生大量的冗余信息和占用较大存储空间的问题，通过对目标图像光线的调制，改善数据处理流程，进而提高光谱成像系统数据处理效率。

与现有的空间外差干涉成像系统相比，本发明实施例基于编码孔径的空间外差干涉成像方法及装置具有以下特点：

(1)干涉方向改变

通过沿光轴旋转分光元件改变干涉方向，其目的是保证干涉方向与成像系统整体移动方向垂直，此外，掩膜板随系统同步移动，可以保证掩膜板每一行与目标间的相对移动，都不会对其他行产生干涉混叠影响。

(2)成像形式改变

探测器上得到的数据为逐行推扫所得信号的一次叠加，形成混叠的二维数据，最后再对混叠数据进行反演和重构，恢复得到三维光谱数据立方体。就N维掩模版而言，每一帧观测结果对应一个N元一次方程，通过推扫成像系统来改变编码方式，从而进行多次编码调制，观测得到多组N元一次方程。当掩模版对应的系数矩阵为正交矩阵时，可以完全重构图谱数据；当系数矩阵不完全正交时，也可以由一些算法通过增加限制条件求最优解，进而重构出高质量图谱，具有灵活的选择性。

Claims (3)

1.一种基于掩膜的空间外差干涉成像方法，其特征在于，该方法的具体过程包括如下步骤：

A1，干涉成像平台带动成像系统相对景物移动；

A2，依次经过前置镜，准直镜，光栅，成像镜，掩膜，成像镜及探测器；

A3，景物的干涉光谱数据立方体经由成像镜L2后进入掩膜板调制，板对干涉图进行逐行调制；

A4，经过掩膜调制后的干涉图经过成像镜L3再探测器上得到调制过的干涉数据。

2.根据权利要求1所述的基于掩膜的空间外差干涉成像方法，其特征是：在空间外差干涉成像装置的基础上加入掩膜板，使得得到的最后的干涉图数据是已经被调制过过的。

3.根据权利要求1所述的基于掩膜的空间外差干涉成像方法。其特征是：景物的图谱数据沿掩膜板逐行调制后，再经过成像镜后在探测器上得到干涉数据，包括：图谱数据立方体沿垂直于光栅方向移动1行，图谱数据立方体的第N-1行数据相应的被掩模版的第N行调制，在探测器的第N行形成调制后干涉图像数据，N大于等于2。

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