CN116113809A - 成像设备和操作成像设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成像设备。成像设备包括法布里‑珀罗干涉仪(FPI)元件，该元件包括限定了干涉仪间隙的两个至少部分透射反射元件。干涉仪间隙的间隙长度至少在第一范围内是可改变的。FPI元件在接收光时产生多个透射峰，并且通过改变干涉仪间隙的间隙长度，可改变每个透射峰的峰值波长。成像设备还包括多个光学滤波器，每个光学滤波器都使不同波长范围内的光通过，每个波长范围都具有不同的平均波长。而且，多个光学滤波器的波长范围被选择，使得每个波长范围都最多包括一个在第一范围的每个间隙长度处的峰值波长。

Description

成像设备和操作成像设备的方法

技术领域

本发明一般涉及成像设备领域，并特别提供了一种成像设备和一种操作成像设备的方法，其可用于高光谱成像。成像设备包括法布里-珀罗干涉仪(FPI)元件，该元件在接收光时产生多个透射峰。通过改变FPI元件的干涉仪间隙的间隙长度，可以改变每个透射峰的峰值波长。成像设备还包括光学滤波器，每个光学滤波器在每个间隙长度上使最多一个透射峰通过。成像设备可以针对高光谱图像生成光谱图像，可以针对特定透射峰和特定间隙长度生成每个光谱图像。

背景技术

法布里-珀罗干涉仪(FPI)可用于创建固定或可调窄带滤波器(也称为“FPI滤波器”)。然而，除了主透射峰之外，FPI的传输频谱还包括几个谐波透射峰。也就是说，FPI在接收光时产生多个透射峰。这使得创建FPI滤波器变得具有挑战性，该FPI滤波器可以调谐用以测量较大的波长范围的多个窄光峰。

例如，示例性FPI的典型透射光谱在光的可见范围内具有谐波峰，即，它可以包括主峰和一组谐波峰。例如，主峰可以在λ＝(2*d)处，其中，λ是峰的波长，d是FPI的干涉仪间隙的间隙长度。此外，可以在λ(n)＝(2*d)/(n)处产生谐波峰，其中，n为2、3、4等。也就是说，FPI的每个透射峰的波长都取决于干涉仪间隙的间隙长度。

由于除了主峰之外，FPI滤波器还不可避免地产生谐波峰，所以如果图像传感器用于捕获通过FPI滤波器的光，则测量数据可以包括来自几个不同波长的能量(即，主峰的能量和一个或多个谐波峰的能量)——这可能是个问题，尤其对于需要窄带光谱图像的高光谱成像来说。

在这方面，业界普遍希望改进基于这种FPI的成像设备，并希望改进用于操作这种成像设备的方法。

发明内容

鉴于上述问题和缺点，本发明的实施例旨在改进传统的成像设备和用于操作成像设备的方法，特别是对它们进行改进以用于高光谱成像。

例如，目的在于提供一种具有可调谐的FPI元件的成像设备，该FPI元件可以测量来自宽范围光谱(即，在大波长范围内)的多个窄光峰。特别是，感兴趣的波长范围是硅量子效率的范围，特别是从400nm到950nm，其中包括可见和近红外电磁辐射。此外，成像设备应该能够测量具有约20nm或甚至更小的特定峰宽的光峰。

该目的和其它目的通过本发明的实施例实现，如所附独立权利要求中所述。本发明实施例的有利实现方式在从属权利要求中进行进一步限定。

本发明的第一方面提供了一种成像设备，包括FPI元件，FPI元件包括限定干涉仪间隙的两个至少部分透射反射元件，干涉仪间隙的间隙长度至少在第一范围内是可改变的，FPI元件用于当其接收光时产生多个透射峰，通过改变干涉仪间隙的间隙长度可以改变每个透射峰的峰值波长；以及多个光学滤波器，每个光学滤波器都用于使不同波长范围内的光通过，每个波长范围都具有不同的平均波长，多个光学滤波器的波长范围被选择，使得每个波长范围都最多包括一个在第一范围的每个间隙长度处的峰值波长。

成像设备可以是电子设备或可以结合到电子设备中，电子设备可以包括电路；电子设备可以是数码相机、数字视频记录器、移动电话、智能手机、游戏站、增强现实设备、虚拟现实设备、平板电脑或平板输入设备等。

FPI元件可以产生若干个透射峰，每个透射峰都对应于主透射峰或对应于一个或多个谐波峰值中的其中一个。针对干涉仪间隙的一定间隙长度，FPI元件可以具有确定的透射光谱，其包括具有不同峰值波长的多个透射峰。此外，通过改变干涉仪间隙的间隙长度，可改变透射光谱。特别是，通过改变干涉仪间隙的间隙长度，可改变每个透射峰的峰值波长(如上所述的依赖性)。例如，改变间隙长度可以将每个透射峰的峰值波长都偏移至较大波长或较小波长。

成像设备还包括多个光学滤波器，多个光学滤波器可以都基于光学带通滤波器。每个光学滤波器使具有不同平均波长的确定波长(即，不同于其它光学滤波器的波长范围的平均波长)范围内的光通过。例如，波长范围的平均波长可以是该波长范围的质心波长等。

特别是，多个光学滤波器被选择，使得每个波长范围都最多包括一个在第一范围的每个间隙长度处的透射峰的峰值波长。也就是说，不管干涉仪间隙的间隙长度如何，至少在第一范围内，每个光学滤波器都最多使透射峰的峰值波长中的其中一个通过。例如，每个波长范围都可以在第一范围的每个间隙长度处正好包括一个峰值波长。因此，由FPI元件覆盖的整个波长范围可以被光学滤波器划分为多个不同的波长范围。这些波长范围可以是不重叠的。

通过成像设备的这种设置，干涉仪间隙的间隙长度可以改变，例如，用于扫描由FPI元件覆盖的整个波长范围，该波长范围在光学滤波器的波长范围内不具有透射峰的两个或更多个峰值波长(由FPI元件产生)。因此，可以在大波长范围内测量多个窄光峰(即，透射峰)，这使得成像设备特别适用于高光谱成像。在每个间隙长度处，每个透射峰都可以对应于高光谱图像的一个光谱图像。因此，成像设备可以有利地使用由FPI元件产生的谐波峰进行高光谱成像。

成像设备还可以包括电路。电路可以包括硬件和软件。硬件可以包括模拟或数字电路，或模拟电路和数字电路两者。在一些实施例中，电路包括一个或多个处理器和连接到一个或多个处理器的非易失性存储器。非易失性存储器可以承载可执行程序代码，当一个或多个处理器执行可执行程序代码时，该可执行程序代码可使得设备执行本文中描述的操作或方法。例如，由一个或多个处理器执行程序代码可以使得成像设备在第一范围内改变干涉仪间隙，并且例如，基于针对不同透射峰和/或在第一范围的不同间隙长度处生成的光谱图像来记录高光谱图像。

在第一方面的一种实现形式中，多个光学滤波器的波长范围被选择，使得每个波长范围都正好包括第一范围的每个间隙长度处的峰值波长中的一个。

在第一方面的另一种实现形式中，在波长范围的每对范围之间设置了波长间隔。

在第一方面的另一种实现形式中，多个光学滤波器的波长范围彼此不重叠。

在第一方面的另一种实现形式中，波长范围包括形成重叠区域的两个重叠波长范围，重叠区域为：

-两个重叠波长范围中的每一个范围都小于10％，

-优选地，小于两个重叠波长范围中的每一个范围的5％，

-最优选地，小于两个重叠波长范围中的每一个范围的3％。

也就是说，至少一对波长范围之间可以存在重叠区域，但与波长范围相比，每个重叠区域都很小。

在第一方面的另一种实现形式中，成像设备还包括图像传感器，多个光学滤波器设置在图像传感器与FPI元件之间；图像传感器用于生成多个光谱图像，针对由FPI元件生成的特定透射峰，在第一范围的特定间隙长度处生成每个光谱图像；成像设备用于基于针对不同透射峰和/或在第一范围的不同间隙长度处生成的多个光谱图像，生成高光谱图像。

特别地，成像设备因此可以用于提供高光谱相机。尽管FPI元件的间隙长度改变了，但是，最多一个(例如，正好一个)透射峰在任何时间，即在每个间隙长度处，仍位于光学滤波器的每个波长范围中。在第一范围的每个间隙长度处，最多一个(例如，正好一个)透射峰可以使光学滤波器中的每一个都通过，到达图像传感器的相邻区域。因此，可以生成高光谱图像，针对间隙长度中的每一个，高光谱图像可以通过间隙长度中的每一个长度处的不同透射峰(每个透射峰都记录在图像传感器的不同区域中)来解析。也就是说，当改变间隙长度时，可以获得多个光谱图像(例如，数十或数百个这种光谱图像)。因此，可以获得针对相同视场和/或具有非常窄的波长(例如，20nm)的每个光谱图像。成像设备可以基于多个光谱图像生成高光谱图像。例如，成像设备可以将多个光谱图像存储到高光谱立方体(具有x坐标、y坐标和光谱曲线)。此外，当存在两个或多个具有相同波长的光谱图像，即与透射峰的相同峰值波长相关时，可以对这些图像进行平均处理以产生一个光谱图像。

图像传感器可以是任何类型的图像传感器。例如，它可以基于CMOS图像传感器，CMOS图像传感器的硅光电二极管灵敏度范围可以大约为400nm至1000nm。

在第一方面的另一种实现形式中，成像设备还包括光学阵列，用于接收光并将光引导到FPI元件，FPI元件设置在光学阵列与多个光学滤波器之间。

在第一方面的另一种实现形式中，光学阵列包括针对光学滤波器中的每一个光学滤波器的透镜，每个透镜都用于将光引导到设置在透镜与其中一个光学滤波器之间的FPI元件的不同区域；每个透镜都具有相同的视场。

例如，成像设备可以包括四个光学带通滤波器。此外，可以使用四个(例如，相同)透镜(即，透镜的数量可以等于光学滤波器的数量，并且因此等于波长范围的数量)。透镜可能都具有相同的视场。透镜的相同视场允许记录特定场景的高光谱图像。

在第一方面的另一种实现形式中，多个光学滤波器都基于光学带通滤波器，每个光学带通滤波器都用于使FPI元件产生的一个透射峰通过。

特别地，每个光学带通滤波器都可以在第一范围的每个间隙长度处最多使一个透射峰通过。在特定的间隙长度处，特定的光学带通滤波器可以使任何透射峰不通过。

在第一方面的另一种实现形式中，多个光学滤波器包括设置成2×2的二维阵列的四个光学带通滤波器，每个光学带通滤波器都设置为与FPI元件的不同区域邻近。

在第一方面的另一种实现形式中，成像设备还包括微电子机械系统(MEMS)致动器或压电致动器，成像设备还用于通过移动使用MEMS致动器或压电致动器的两个至少部分透射反射元件中的一个或两个，来改变干涉仪间隙的间隙长度。

在第一方面的另一种实现形式中，成像设备进一步用于将由FPI元件生成的多个透射峰中的每一个都引导到相应的光学带通滤波器。

在第一方面的另一种实现形式中，干涉仪间隙的间隙长度在至少1100nm至1450nm的移动范围内是可变的。

在第一方面的另一种实现形式中，多个光学滤波器的波长范围被进一步选择，使得每个波长范围都最多包括一个在干涉仪间隙的移动范围处的峰值波长。

在第一方面的另一种实现形式中，光学滤波器的至少一个波长范围在以下范围内：

402nm至470nm，或

480nm至577nm，或

590nm至720nm，或

730nm至970nm。

在第一方面的又一种实现形式中，图像传感器为CMOS传感器。

本发明的第二方面提供了一种操作成像设备的方法，包括：在接收光时，由成像设备的FPI元件产生多个透射峰，FPI元件包括限定干涉仪间隙的两个至少部分透射反射元件，干涉仪间隙的间隙长度至少在第一范围内可改变，通过改变干涉仪间隙的间隙长度来改变每个透射峰的峰值波长；以及使不同波长范围内的光通过来自成像设备的多个光学滤波器的每个光学滤波器，每个波长范围都具有不同的平均波长，多个光学滤波器的波长范围被选择，使得每个波长范围都最多包括一个在第一范围的每个间隙长度处的峰值波长。

在第二方面的一种实现形式中，多个光学滤波器的波长范围被选择，使得每个波长范围都正好包括第一范围的每个间隙长度处的峰值波长中的一个。

在第二方面的另一种实现形式中，在波长范围的每对范围之间设置波长间隔。

在第二方面的另一种实现形式中，多个光学滤波器的波长范围彼此不重叠。

在第二方面的另一种实现形式中，波长范围包括形成重叠区域的两个重叠波长范围，重叠区域为：

-两个重叠波长范围中的每一个范围都小于10％，

-优选地，小于两个重叠波长范围中的每一个范围的5％，

-最优选地，小于两个重叠波长范围中的每一个范围的3％。

在第二方面的另一种实现形式中，所述方法还包括：由成像设备的图像传感器生成多个光谱图像，针对由FPI元件在第一范围的特定间隙长度处生成的特定透射峰，生成每个光谱图像，多个光学滤波器设置在图像传感器与FPI元件之间；以及由成像设备基于针对第一范围的不同透射峰和/或不同间隙长度生成的多个光谱图像，生成高光谱图像。

在第二方面的另一种实现形式中，所述方法还包括：接收光，并通过成像设备的光学阵列将光引导到FPI元件，FPI元件设置在光学阵列与多个光学滤波器之间。

在第二方面的另一种实现形式中，光学阵列包括针对光学滤波器中的每一个光学滤波器的透镜，所述方法还包括：将光引导到设置在透镜与其中一个光学滤波器之间的FPI元件的不同区域；每个透镜具有相同的视场。

在第二方面的另一种实现形式中，多个光学滤波器都基于光学带通滤波器，所述方法还包括：每个光学带通滤波器使FPI元件生成的一个透射峰通过。

在第二方面的另一种实现形式中，多个光学滤波器包括设置成2×2的二维阵列的四个光学带通滤波器，每个光学带通滤波器设置为与FPI元件的不同区域邻近。

在第二方面的另一种实现形式中，所述方法还包括：通过使用MEMS致动器或压电致动器移动两个至少部分透射反射元件中的一个或两个，由成像设备的MEMS致动器或压电致动器改变干涉仪间隙的间隙长度。

在第二方面的另一种实现形式中，所述方法还包括：将FPI元件生成的多个透射峰中的每一个都引导到相应的光学带通滤波器。

在第二方面的另一种实现形式中，干涉仪间隙的间隙长度在至少1100nm至1450nm的移动范围内是可变的。

在第二方面的另一种实现形式中，多个光学滤波器的波长范围被进一步选择，使得每个波长范围都最多包括一个在干涉仪间隙的移动范围处的峰值波长。

在第二方面的另一种实现形式中，光学滤波器的至少一个波长范围在以下范围内：

-402nm至470nm，或

-480nm至577nm，或

-590nm至720nm，或

-730nm至970nm。

在第二方面的另一种实现形式中，图像传感器为CMOS传感器。

第二方面的方法实现了针对第一方面的成像设备描述的优点和效果。

需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、单元和装置可以在软件或硬件元件或其任何类型的组合中实现。本申请中描述的各种实体所执行的所有步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均旨在表示相应实体用于执行相应步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应的硬件或软件元件或其任何组合实现。

附图说明

结合附图，下面具体实施例的描述将对上述各个方面及其实现方式进行阐述，其中：

图1是根据本发明实施例的成像设备的示意图；

图2是示出可调间隙长度范围，以及相应地改变分别通过不同光学滤波器的范围(即，不同波长范围)的FPI透射峰的示例图；

图3是成像设备的另一个示意图，该成像设备还包括图像传感器和光学阵列；

图4是成像设备的横截面示意图；

图5是示出光学滤波器的一组波长范围的示意图，其中，在间隙长度处获得1300nm的FPI峰值波长；

图6是示出成像设备的四个光学滤波器的示例性波长范围的示意图；

图7示出了光学滤波器的光谱响应的示例；

图8是根据本发明实施例的用于高光谱相机的示例性成像设备的示意图；

图9是根据本发明实施例的一种操作成像设备的方法的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明实施例的成像设备100的示意图。

成像设备100包括FPI元件110，该FPI元件110包括限定干涉仪间隙113的两个至少部分透射反射元件111、112。特别是，干涉仪间隙113形成在两个元件111与112之间。

此外，干涉仪间隙113的间隙长度至少在第一范围内是可变的，并且FPI元件110用于在每个间隙长度接收光时，产生多个透射峰。为了改变间隙长度，透射反射元件111和/或透射反射元件112可以是可移动的，以便减少或增加干涉仪间隙113的间隙长度。而且，通过改变干涉仪间隙113的间隙长度，可改变每个透射峰的峰值波长。这是由于每个透射峰，无论是主峰还是谐波峰，对间隙长度的依赖性(见上文)。通过改变第一范围内的间隙长度，每个透射峰的峰值波长都可以在一定的波长范围内偏移。

成像设备100还包括多个光学滤波器121、122，每个光学滤波器121、122都用于使不同波长范围内的光通过。例如，每个波长范围都可以是不同的平均波长。例如，对于两个不同的波长范围，一个波长范围的平均波长值可以小于另一个波长范围的平均波长值。可选地，或附加地，对于两个不同的波长范围，一个波长范围的最小值可以小于另一个波长范围的最小值，和/或一个波长范围的最大值可以小于另一个波长范围的最大值。此外，多个光学滤波器121、122的波长范围被选择，使得每个波长范围都最多包括一个(即，0或1)在第一范围的每个间隙长度处的峰值波长。

成像设备100可以包括处理电路(未在图1中示出)用于执行、实施或启动本文所述的成像设备100的各种操作。处理电路可以包括硬件和软件。硬件可以包括模拟电路或数字电路，或模拟电路和数字电路两者。数字电路可以包括专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或多用途处理器等组件。在一个实施例中，处理电路包括一个或多个处理器和连接到一个或多个处理器的非瞬时性存储器。非瞬时性存储器可以承载可执行程序代码，当由一个或多个处理器执行时，该可执行程序代码可使成像设备100执行、实施或启动本文描述的操作或方法。

图2是示出可调间隙长度范围、相应的FPI元件透射峰和相应的光学滤波器波长(通过)范围的示例的图。

例如，成像设备100的多个光学滤波器121、122可以都基于光学带通滤波器，例如，每个光学滤波器121、122都可以是带通滤波器。此外，每个光学滤波器121、122都可以用于使FPI元件110产生的透射峰(主峰或谐波峰)中的一个通过。光学滤波器121、122可以设置为与FPI元件110邻近，特别是，它们可以相对于由FPI元件110接收和发射的入射光的方向设置在FPI元件110之后。例如，FPI元件110可以是单腔FPI元件110，即，具有一个干涉仪间隙113的FPI元件110。

图2中示出了作为干涉仪间隙113的间隙长度的函数的透射峰，以及可调成像设备110的四个光学(带通)滤波器121、122的波长范围的示例。间隙长度可以示例性地从1100nm调谐到1450nm。光学滤波器121、122(例如，四个光学滤波器)可以设置成2×2光学阵列，并可以分别使四个不同的波长范围通过。在图2中，四个光学滤波器被标记为“滤波器1”至“滤波器4”。光学滤波器121、122中的每一个都与四个透射峰中的一个相关，即，每个光学滤波器121、122最大程度地在每个间隙长度处使它所相关的透射峰通过。作为与滤波器1相关的间隙长度的函数的透射峰位于滤波器1的402nm至470nm的波长范围内，并用附图标记201示出。作为与滤波器2相关的间隙长度的函数的透射峰位于滤波器2的480nm至577nm的波长范围内，并用附图标记202示出。作为与滤波器3相关的间隙长度的函数的透射峰位于滤波器3的590nm至720nm的波长范围内，并用附图标记203示出。作为与滤波器4相关的间隙长度的函数的透射峰位于滤波器4的730nm至970nm的波长范围内，并用附图标记204示出。

可以从图2中得出，在干涉仪间隙113的每个间隙长度处，在每个光学滤波器121、122的每个波长范围内最多存在一个透射峰。间隙长度和波长范围的设计使得在一个波长范围内始终存在零(0)或一(1)个透射峰。当间隙长度改变时，图2中所示的四个透射峰在相关光学滤波器121、122的波长范围内移动。

图3是成像设备100的另一个示意图，该成像设备100还包括图像传感器305和光学阵列301、302、303、304。

图3的成像设备100还包括图像传感器305。而且，多个光学滤波器121、122、321、322可以设置在图像传感器305与FPI元件110之间。特别地，每个光学滤波器121、122、321、322都可以设置在FPI元件110与图像传感器305的不同区域(即，此为四个不同区域)之间。

图3是成像设备100的俯视图。图3的成像设备100还包括透镜301、302、303、304的光学阵列，透镜301、302、303、304可以接收光并将光引导到FPI元件110。这里，成像设备100示例性地包括四个透镜301、302、303、304。所有四个光学透镜301、302、303、304都可以设置在同一孔径300内。FPI元件110(未在图3中明确示出)设置在光学阵列301、302、303、304与多个光学滤波器121、122、321、322之间。每个透镜301、302、303、304都可以具有相同的视场。

图像传感器305可以基于单色CMOS图像传感器被设置成与FPI元件110邻近，并且可以在其四个不同区域(在本示例中)的一个间隙长度处仅接收一个窄通道光。

可以由致动器(例如，MEMS致动器或压电致动器)控制FPI元件110的干涉仪间隙113。此外，当干涉仪间隙113的间隙长度改变时，每个透射峰的位置都会改变，但每个透射峰都保持在其相关光学滤波器的波长范围内。

在这个示例中，可以在每个间隙长度处捕获四个光谱图像，即，针对四个透射峰中的每一个都捕获一个光谱图像。针对每个透射峰和每个间隙长度的光谱图像可以进一步存储在高光谱数据立方体中。而且，当扫描设计间隙长度的整个距离时，可以完成高光谱立方体。某些透射峰波长可以测量多次。在这种情况下，可以对光谱图像的数据进行平均处理。例如，光学滤波器121、122、321、322的一些波长范围可以被分成两部分扫描，例如，用一个透射峰扫描波长范围的末端，然后用另一个透射峰扫描相同波长范围的开端。然而，在光学滤波器121、122、321、322的波长范围内，在第一范围的每个间隙长度处总是最多存在一个透射峰。

成像设备100可用于使用一个单个FPI元件110扫描并记录410nm至960nm的全可见-近红外(VNIR)高光谱图像，并且可适用于智能手机。

成像设备100能够获得约20nm的光谱分辨率。例如，可以通过FPI反射元件110的反射值调谐透射峰宽。当使用成像设备100时，可能不需要重系统级校准并不会出现处理后的功率匮乏。然而，可能需要通常已知的用于FPI元件110和图像传感器305的基本校准。

现在参考图4，其为成像设备100的横截面示意图(未按比例)。图4所示的垂直横截面视图是示例性的，且从图3中所示的横截面视图线306获得。

成像设备100可以包括四个独立光学透镜301、302、303、304，它们看到相同的视场。成像设备100还可以包括四个定制光学滤波器121、122、321、322，它们设置为与FPI元件110邻近，并且用于针对每个传感器区域(或传感器区)过滤掉FPI元件典型的多个光透射峰的不需要的透射峰波长。因此，每个传感器区域可以记录一个透射峰，该透射峰可以在它所相关的光学滤波器的波长范围内进行偏移。

多个光学滤波器121、122、321、322的波长范围被选择，使得每个波长范围都最多包括一个在干涉仪间隙113的移动范围处的峰值波长。

成像系统100示例性地包括输入光学器件(透镜)的2×2阵列，其具有相对较大的视场，但能够引导光，例如，以几乎垂直的角度照射FPI元件11。四个光学透镜301、302、303、304可以设计成看到关于场景的相同(或至少相似)视场。可以通过光学透镜301、302、303、304将光引导到FPI元件110。所有四个光学透镜301、302、303、304都可以设置在同一孔径300内(见图3)。因此，光可以在通过FPI元件110的所有四个路径中获得类似的透射(每个路径都与透镜301、302、303、304中的一个相关联)。光学滤波器121、122、321、322设置在穿过FPI元件110的四条路径中的每一条之后，并分别用于过滤掉不需要的峰，特别是针对每个路径的不同不需要的峰。最后，在底部是图像传感器305，例如，可以记录光强度的单色CMOS图像传感器。例如，图像传感器305因此可以产生针对干涉仪间隙113的每个间隙长度的光谱图像(每个光路一个)。因此，当扫描干涉仪间隙113的整个间隙长度范围(至少在第一范围内)时，可以生成并存储高光谱数据立方体，本示例中的高光谱数据立方体包括每个间隙长度四个光谱图像。

现在参考图5，其示出了光学滤波器121、122、321、322的一组波长范围，以及在1300nm的间隙长度处获得的示例性透射峰波长。

特别地，假设间隙长度为1300nm，并且示出了具有四个不同波长范围和由FPI元件110产生的四个透射峰波长的四个光学滤波器121、122、321、322的模拟结果。

例如，光学滤波器121的波长范围511被选择，使得波长范围511在1300nm的间隙长度处正好包括一个第一透射峰(波长)501。此外，光学滤波器122的波长范围512被选择，使得波长范围512在1300nm的间隙长度处正好包括一个第二透射峰(波长)502。此外，光学滤波器321的波长范围513被选择，使得波长范围513在1300nm的间隙长度处正好包括一个第三透射峰(波长)503。此外，光学滤波器322的波长范围514被选择，使得波长范围514在1300nm的间隙长度处正好包括一个第四透射峰(波长)504。

图6是示出选择成像设备100的四个光学滤波器121、122、321、322的示例性波长范围511、512、513、514的图。

可以从图6中得出，波长范围511、512、513、514的每对范围之间都可以设置波长间隔。

而且，多个光学滤波器121、122、321、322的波长范围511、512、513、514可以被选择，使得它们不会彼此重叠。

现在参考图7，其示出了光学滤波器121、122、321、322的光谱响应511、512、513、514的示例。光谱响应可以限定光学滤波器121、122、321、322的波长范围(通过范围)，其可以是100-150nm的数量级。

图8是用于高光谱相机的示例性成像设备100的示意图。

成像设备100包括光学阵列301、302、303、304，用于接收光并将光引导到FPI元件110。

成像设备100的FPI元件110可以设置在光学阵列301、302、303、304与多个光学滤波器121、122、321、322之间。

光学阵列301、302、303、304可以包括针对光学滤波器121、122、321、322中的每一个的透镜。每个透镜都可以用于将光引导到设置在透镜与光学滤波器121、122、321、322中的一个之间的FPI元件110的不同区域。

而且，所有透镜都可以具有相同的视场。成像设备100的图像传感器305可以生成多个光谱图像。例如，可以针对由FPI元件110生成的特定透射峰，在特定间隙长度113处生成每个光谱图像。

成像设备100可以进一步基于针对不同的透射峰和/或在不同的间隙长度113生成的多个光谱图像，生成高光谱图像。图像传感器305可以基于设置在FPI元件下方的单色CMOS图像传感器，并且可以在其四个不同区域的一个间隙长度处仅接收一个窄光通道。例如，当间隙长度改变时，以及当执行对干涉仪间隙的扫描时，在第一范围的每个间隙长度处可以获得多个光谱图像。针对相同的视场，可以获得每个光谱图像。

而且，成像设备100可以进一步组合所有光谱图像，并可以进一步获得一个高光谱数据立方体。因此，成像设备100能够基于光谱图像生成高光谱图像。

图9示出了根据本发明实施例的操作成像设备100的方法900。

方法900包括：步骤S901，当接收光时，由成像设备100的FPI元件110产生多个透射峰，FPI元件110包括限定干涉仪间隙113的两个至少部分透射反射元件111、112；干涉仪间隙113的间隙长度至少在第一范围内可改变；通过改变干涉仪间隙113的间隙长度，可改变每个透射峰的峰值波长。

方法900还包括：步骤S902，来自成像设备100的多个光学滤波器121、122中的每个光学滤波器121、122都使不同波长范围内的光通过，每个波长范围都具有不同的平均波长；多个光学滤波器121、122的波长范围被选择，使得每个波长范围都最多包括一个在第一范围的每个间隙长度处的峰值波长。

本发明已结合各种实施例作为示例以及实现方式进行描述。但是，根据对附图、本发明和所附权利要求书的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，能够理解和实现其它变化。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足权利要求书中描述的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有效地使用。

Claims (17)

1.一种成像设备(100)，其特征在于，包括：

法布里-珀罗干涉仪(FPI)元件(110)，包括限定干涉仪间隙(113)的两个至少部分透射反射元件(111、112)；

所述干涉仪间隙(113)的间隙长度至少在第一范围内是可改变的，所述FPI元件(110)用于当其接收光时产生多个透射峰，通过改变所述干涉仪间隙(113)的间隙长度，可改变每个透射峰的峰值波长；

多个光学滤波器(121、122)，每个光学滤波器(121、122)都用于使不同波长范围内的光通过，每个波长范围具有不同的平均波长；

所述多个光学滤波器(121、122)的波长范围被选择，使得每个波长范围都最多包括一个在第一范围的每个间隙长度处的峰值波长。

2.根据权利要求1所述的成像设备(100)，其特征在于，所述多个光学滤波器(121、122)的波长范围被选择，使得每个波长范围都在第一范围的每个间隙长度处正好包括峰值波长中的一个。

3.根据权利要求1或2所述的成像设备(100)，其特征在于，在每对所述波长范围之间设置了波长间隔。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的成像设备(100)，其特征在于，所述多个光学滤波器(121、122、321、322)的波长范围彼此不重叠。

5.根据权利要求1或2所述的成像设备(100)，其特征在于，所述波长范围包括形成重叠区域的两个重叠波长范围，所述重叠区域为：

-小于所述两个重叠波长范围中的每一个范围的10％；

-优选地，小于所述两个重叠波长范围中的每一个范围的5％；

-最优选地，小于所述两个重叠波长范围中的每一个范围的3％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的成像设备(100)，还包括：

图像传感器(305)，所述多个光学滤波器(121、122、321、322)设置在所述图像传感器(305)与所述FPI元件(110)之间，所述图像传感器(305)用于

生成多个光谱图像，针对由所述FPI元件(110)生成的特定透射峰，在所述第一范围的特定间隙长度(113)处生成每个光谱图像；

所述成像设备(100)用于基于针对所述第一范围的不同透射峰和/或在所述第一范围的不同间隙长度(113)处生成的多个光谱图像，生成高光谱图像。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的成像设备(100)，还包括：

光学阵列(301、302、303、304)，用于接收光并将所述光引导到所述FPI元件(110)，所述FPI元件(110)设置在所述光学阵列(301、302、303、304)与所述多个光学滤波器(121、122、321、322)之间。

8.根据权利要求7所述的成像设备(100)，其特征在于，

所述光学阵列(301、302、303、304)包括针对所述光学滤波器(121、122、321、322)中的每一个光学滤波器的透镜，每个透镜都用于将所述光引导到设置在所述透镜与其中一个所述光学滤波器(121、122、321、322)之间的所述FPI元件(110)的不同区域；每个透镜都具有相同的视场。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的成像设备(100)，其特征在于，

所述多个光学滤波器(121、122、321、322)都基于光学带通滤波器，每个光学带通滤波器都用于使所述FPI元件(110)产生的一个透射峰通过。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的成像设备(100)，其特征在于，

所述多个光学滤波器(121、122、321、322)包括设置成2×2的二维阵列的四个光学带通滤波器，每个光学带通滤波器都设置为与所述FPI元件110的不同区域邻近。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的成像设备(100)，还包括：

微电子机械系统(MEMS)致动器或压电致动器，所述成像设备(100)进一步用于：

通过移动使用所述MEMS致动器或所述压电致动器的所述两个至少部分透射反射元件中的一个或两个，来改变所述干涉仪间隙的间隙长度。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的成像设备(100)，其特征在于，进一步用于：

将由所述FPI元件(110)产生的所述多个透射峰中的每一个引导到相应的光学带通滤波器。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的成像设备(100)，其特征在于，

所述干涉仪间隙(113)的间隙长度在至少1100nm至1450nm的移动范围内是可变的。

14.根据权利要求13所述的成像设备(100)，其特征在于，

所述多个光学滤波器(121、122、321、322)的波长范围被进一步选择，使得每个波长范围都最多包括一个在所述干涉仪间隙(113)的移动范围内的峰值波长。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的成像设备(100)，其特征在于，

光学滤波器(121、122、321、322)的至少一个波长范围在以下范围内：

402nm至470nm，或

480nm至577nm，或

590nm至720nm，或

730nm至970nm。

16.根据权利要求6至15中任一项所述的成像设备(100)，其特征在于，

所述图像传感器(305)是互补金属-氧化物-半导体(CMOS)传感器。

17.一种操作成像设备(100)的方法(900)，包括：

当接收光时，所述成像设备(100)的法布里-珀罗干涉仪(FPI)元件(110)产生(S901)多个透射峰，所述FPI元件(110)包括限定干涉仪间隙(113)的两个至少部分透射的反射元件(111、112)，所述干涉仪间隙(113)的间隙长度至少在第一范围内是可改变的，通过改变所述干涉仪间隙(113)的间隙长度，可改变每个透射峰的峰值波长；以及

所述成像设备(100)的多个光学滤波器(121、122)的每个光学滤波器(121、122)使不同波长范围内的光通过(S902)，每个波长范围都具有不同的平均波长，多个光学滤波器(121、122)被选择，使得每个波长范围都最多包括一个在所述第一范围的每个间隙长度处的峰值波长。

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