一種基於液態變焦技術的多光譜成像儀的製作方法
2023-06-27 14:51:26
專利名稱：一種基於液態變焦技術的多光譜成像儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學成像技術，尤其涉及一種基於液態變焦技術的多光譜成像儀。
背景技術：
目前，光譜成像技術是將光學成像技術和光譜分析技術相結合而得到的一種成像技術，利用光譜成像技術可以獲得目標的二維空間圖像和一維光譜曲線。獲取的二維空間圖像和一維光譜曲線能綜合反映出被測物體的幾何影像和理化屬性，所以利用光譜成像技術可以對目標的特徵進行精確感知和識別，該技術在在航空航天遙感、工農業檢測、環境監測和資源探測等領域得到了十分廣泛的應用。根據分光原理的不同，可以將成像光譜儀分為色散型光譜儀、幹涉型光譜儀和濾光型光譜儀三個種類。目前，常用的色散型成像光譜儀一般利用稜鏡或光柵對光線的橫向色散作用，將不同波長的光線沿著焦平面中的一個方向進行分離，色散型成像光譜儀具有結構簡單、光譜解析度較高的優點，但是由於系統中存在狹縫，其能量利用率低、儀器靈敏度低；常用的幹涉型成像光譜儀是將目標所發出的光線剪切成兩束相干的光線，兩束相干光經過不同的物理路徑並最終幹涉成像在探測器上，兩束相干光具有一定的光程差，可以形成幹涉圖，通過對幹涉圖進行傅立葉變換的方法可以獲取目標的光曲線，幹涉型成像光譜儀具有高通量的優點，但是光譜曲線復原精度受到諸多因素的制約；濾光型成像光譜儀是通過濾光片系統，在某一時刻或探測器的某一區域獲取目標某一種波長的圖像，通過更換濾光片或者是對探測器上不同區域圖像的重構來獲取目標的光譜數據立方體，色散型成像光譜儀具有結構簡單的優點，但能量不足往往會限制其應用的範圍。如
圖1所示為現有基於微透鏡陣列的多光譜成像結構示意圖，其中前置光學系統的主面、入瞳與濾光片陣列的位置相互重合。參照圖1，成像目標經過前置光學系統後成像在微透鏡陣列之上，也即成像目標與微透鏡陣列通過前置光學系統滿足物像關係，其中目標點所在平面為物面，微透鏡陣列面為像面；目標所發出的光線經過濾光片陣列之後被分解成多個子孔徑，每一個子孔徑對應於濾光片陣列的某一波長，子孔徑的數目由濾光片陣列的組成單元數目確定。通過濾光片後的光線在微透鏡陣列上匯聚到一點，對於單個微透鏡來說，濾光片陣列可看成其物面，探測器平面可看濾光片陣列經過微透鏡之後成像的像面，濾光片陣列經過一個微透鏡之後在探測器的對應區域上得到與濾光片單元數目相同的、相互分離的多譜段圖像。為準確的獲取目標的光譜信息，前置光學系統、微透鏡陣列以
及探測器之間必須嚴格的滿足關係式j+f=+並保證每一個子孔徑通過微透鏡成像後
與探測器像元存在一一對應關係，如果I或I』與理論值存在百微米量級的偏差Al，物像關係及與探測器像元一一對應關係將被破壞，必須通過機械的方式來調整微透鏡陣列與探測器或前置光學系統與微透鏡陣列之間的距離，Al的調整精度需要達到十微米左右，這給調焦機構帶來了很大的技術難度，即使將Al調整到系統所要求的範圍內，多光譜成像儀由於使用環境的震動或熱脹冷縮等因素也可能會改變Al，進而使得目標的圖像不清晰、發生光譜混疊，無法復原出多光譜圖像。由上可見，上述多光譜成像技術中要求該光譜成像系統的機械調焦結構中必須包含運動部件，才能將探測器或微透鏡陣列沿著光軸移動，這樣必然增加了結構的複雜度，且該運動部件的引入降低了系統的穩定性，使得該光譜成像技術難以運用在手持環境和運動平臺中；另外，機械調整方式調整時間長，這也使得系統難以滿足實時調焦、實時成像的需要。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於液態變焦技術的多光譜成像儀，能夠消除基於微透鏡陣列的多光譜成像系統中的機械調焦機構，降低系統結構的複雜度，增強系統的穩定性、提聞系統的響應速度、提聞系統的精度。本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種基於液態變焦技術的多光譜成像儀，所述多光譜成像儀包括濾光片陣列、前置光學系統、液態變焦透鏡陣列、探測器和液態變焦透鏡控制模塊，其中: 所述濾光片陣列放置在所述前置光學系統的主面位置上；成像目標與所述液態變焦透鏡陣列通過所述前置光學系統滿足物像關係:
權利要求
1.一種基於液態變焦技術的多光譜成像儀，其特徵在於，所述多光譜成像儀包括濾光片陣列、前置光學系統、液態變焦透鏡陣列、探測器和液態變焦透鏡控制模塊，其中: 所述濾光片陣列放置在所述前置光學系統的主面位置上； 成像目標與所述液態變焦透鏡陣列通過所述前置光學系統滿足物像關係:
2.根據權利要求1所述基於液態變焦技術的多光譜成像儀，其特徵在於，所述濾光片陣列、所述前置光學系統的主面位置以及入瞳位置相互重合。
3.根據權利要求1所 述基於液態變焦技術的多光譜成像儀，其特徵在於，所述探測器為電荷耦合元件、互補金屬氧化物半導體或膠片。
4.一種基於液態變焦技術的多光譜成像系統，其特徵在於，所述系統包括前置望遠鏡模塊、如權利要求1所述的基於液態變焦技術的多光譜成像儀、多光譜圖像處理模塊、多光譜圖像重構模塊，多光譜圖像合成模塊，其中: 所述前置望遠鏡模塊，用於將無窮遠處的目標聚焦在如權利要求1所述的基於液態變焦技術的多光譜成像儀的成像目標面上； 如權利要求1所述的基於液態變焦技術的多光譜成像儀，用於對成像目標進行多光譜成像，並可通過數字編程的方式改變液態變焦透鏡的焦距，實現無運動機構變焦，獲取所述成像目標的多光譜圖像； 所述多光譜圖像處理模塊，用於判斷探測器是否處於液態變焦透鏡的像面之上，當需要調焦時，計算出所需調整的量，將所需調整量換算成液態變焦透鏡所需的電學信號，並將該電學信號傳輸給如權利要求1所述的基於液態變焦技術的多光譜成像儀的液態變焦透鏡控制模塊； 所述多光譜圖像重構模塊，用於對探測器上所獲得的多光譜圖像進行重構，獲取成像目標單一譜段的二維空間圖像； 所述多光譜圖像合成模塊，用於獲取成像目標上某一點的光譜曲線，並對不同譜段的二維圖像進行合成，獲取成像目標的合成彩色圖或全譜段圖像。
全文摘要
本發明公開了一種基於液態變焦技術的多光譜成像儀，所述多光譜成像儀包括濾光片陣列、前置光學系統、液態變焦透鏡陣列、探測器和液態變焦透鏡控制模塊，其中所述濾光片陣列放置在所述前置光學系統的主面位置上；成像目標與所述液態變焦透鏡陣列通過所述前置光學系統滿足物像關系所述前置光學系統的主面與所述探測器通過所述液態變焦透鏡陣列滿足物像關系所述液態變焦透鏡控制模塊用於實現對所述液態變焦透鏡陣列中各透鏡焦距的數位化編程控制。該多光譜成像儀能夠消除基於微透鏡陣列的多光譜成像系統中的機械調焦機構，降低系統結構的複雜度，增強系統的穩定性、提高系統的響應速度、提高系統的精度。
文檔編號G01N21/25GK103091258SQ20131003508
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月29日 優先權日2013年1月29日
發明者杜述松, 相裡斌, 周志良, 黃旻, 周錦松 申請人:中國科學院光電研究院