專利名稱：濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)及方法，特別涉及其窗掃 工作模式(窗掃工作模式，指在目標(biāo)與儀器具有一維相對運動的狀態(tài)下，進行 連續(xù)二維成像。由于二維成像區(qū)域像一個窗口，故習(xí)慣稱其為窗掃)，屬于光譜 成像領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
成像光譜儀是成像技術(shù)和光譜技術(shù)的有機結(jié)合，它的光學(xué)系統(tǒng)一般由成像 光學(xué)系統(tǒng)和光譜儀系統(tǒng)組成，光譜儀系統(tǒng)采用的分光技術(shù)直接影響著整個成像 光譜儀的性能、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、重量和體積等。成像光譜儀器的光譜分光方 法主要有濾光片型，棱鏡、光柵色散型和傅里葉變換干涉型。其中，濾光片型 可分為傳統(tǒng)單色濾光片式和可調(diào)諧濾光片式；干涉型又可分為有狹縫式和無狹 縫式兩種。目前，以上列舉的各種原理都不能同時滿足窗掃成像工作模式和兼 具高光譜分辨率、高多波段數(shù)、靈活的波段選擇、高光通量的特點。以下分別 詳細說明
1、 傳統(tǒng)單色濾光片波段單一，屬于較早使用的原理，很難達到高波段數(shù)。
中國專利200520040206. 3介紹了窄帶濾光片多探測器構(gòu)成多光譜成像的應(yīng)用， 其雖然可以應(yīng)用于光譜成像，但是收工藝和結(jié)構(gòu)限制通道數(shù)較少，有效光譜波 段數(shù)不多，且波長選擇固定，不可調(diào)節(jié)。
2、 可調(diào)諧濾光片式成像光譜儀采用普通二維成像系統(tǒng)，光譜分辨率高，在 同等光譜分辨率水平上，對光能利用率較高。此外，還具有波段靈活可調(diào)，高 波段數(shù)的特點。但是唯一缺憾是目前其工作原理僅可應(yīng)用于靜態(tài)工作模式，無 法滿足儀器的窗掃應(yīng)用需求。在國內(nèi)外專利方面，美國專利5216484介紹了聲 光調(diào)諧濾光片式靜態(tài)成像光譜，但不具有在窗掃模式下工作的能力；美國專利 6734962， 6917423， 7084972，中國專利02290194. 9介紹了濾光片調(diào)諧式成像 光譜儀在靜態(tài)顯微成像方面的應(yīng)用，同樣是靜態(tài)工作，不具有窗掃工作能力。
3、 棱鏡、光柵色散型和有狹縫式干涉型的光學(xué)系統(tǒng)中都需要狹縫，達到探 測器的光信號強度較弱因此，在高光通量方面存在一定的局限性。對于低照度應(yīng)用，特別是在航空航天遙感器上應(yīng)用時，受到光學(xué)系統(tǒng)和探測器性能的制約， 對弱信號探測能力較差。
4、對于無狹縫式干涉型，在其數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)中，需要對干涉圖進行重組， 由于對干涉條紋進行的傅里葉變換處理是相位敏感的，所以數(shù)據(jù)重組時引入的 隨機相位誤差會對重建光譜造成嚴(yán)重影響，不易重建出真實光譜。
綜上所述，除濾光片調(diào)諧式成像光譜儀外，其它原理都各具特點，但都不 能夠?qū)崿F(xiàn)兼具高光譜分辨率、高多波段數(shù)、靈活的波段選擇、高光通量的特點。 而對于濾光片調(diào)諧式成像光譜儀雖已有一些應(yīng)用方法，但都是應(yīng)用于醫(yī)學(xué)或顯 微等靜態(tài)凝視成像領(lǐng)域中，即觀測目標(biāo)與儀器相對靜止，通過調(diào)節(jié)濾光片中心 波長，在不同時間采集不同波段的圖像。迄今為止，尚無其在動態(tài)窗掃模式工 作的文獻證據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決同時實現(xiàn)高光譜分辨率、高多波段數(shù)、靈活的波 段選擇、高光通量和窗掃光譜成像的問題，而提出了一種濾光片調(diào)諧式窗掃光 譜成像系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明的濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)該方法的成像光譜 儀包括成像光學(xué)系統(tǒng)、焦平面探測器、可調(diào)諧濾光片、濾光片驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采 集處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，其中
成像光學(xué)系統(tǒng)，其功能是使入射光線在焦平面探測器上成像。它一般包括 前置光學(xué)系統(tǒng)和后置光學(xué)系統(tǒng)兩部分。前置光學(xué)系統(tǒng)多起到望遠作用，后置光 學(xué)系統(tǒng)則主要為了將圖像清晰成像在焦平面探測器上；
焦平面探測器，其功能是接收二維光信號，并進行光電轉(zhuǎn)換；
可調(diào)諧濾光片，其功能是對入射光進行窄帶濾波；
濾光片驅(qū)動器焦平面探測器調(diào)節(jié)控制可調(diào)諧濾光片，改變其透過波長； 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其功能是采集焦平面探測器輸出的圖像電信號，并進
行數(shù)據(jù)重組處理，以輸出光譜圖像立方體；
控制系統(tǒng)，其功能是控制掃描系統(tǒng)、濾光片驅(qū)動器和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)同
步工作；掃描系統(tǒng)，其功能是使目標(biāo)入射光線與成像光譜儀具有相對運動，完成窗 掃動作。本發(fā)明的工作原理是在濾光片調(diào)諧式靜態(tài)光譜成像系統(tǒng)中加入掃描系統(tǒng)， 使之可以進行動態(tài)窗掃成像。并采用與掃描系統(tǒng)配套的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，使 之可以在窗掃模式下完成處理，輸出正確的光譜立方體結(jié)果。本發(fā)明的濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)方法是指在窗掃成像時，瞬時 掃描圖像區(qū)域一般都是二維空間，其中的每一個物點在通過可調(diào)諧濾光片到達 探測器后，探測器就會輸出該點的強度信息，此像素點在當(dāng)前波段代表的光譜 信息就會記錄到此波段采集圖像中。因濾光片通過波段的調(diào)諧是隨時間變化的， 所以不同時刻就會記錄下不同波段的圖像；而在窗掃過程中，因入射光線與成 像光譜儀存在相對運動，不同時刻采集到的目標(biāo)點信息在圖像xy平面的位置也 是不同的，且各個波段圖中對應(yīng)同一目標(biāo)點的像素點位置成一維排列，如圖2 所示，L時刻記錄波段l， T2時刻記錄波段2，……，T。時刻記錄波段n;由于目 標(biāo)與成像光譜儀的相對運動，使得不同時刻的波段圖中對應(yīng)同一目標(biāo)點的像素 點位置存在沿運動方向相反的位移，所以，對采集到的圖像進行逆運動方向抽 取重組即可獲得正確的圖像立方體。其中，圖像立方體中定義如圖3所示，xy 平面是目標(biāo)圖像的空間維平面，入維是光譜維。所以，立方體中的每個像素就 代表該目標(biāo)點在該波長的光譜信息。 有益效果1、 本發(fā)明的濾光片調(diào)諧式窗掃成像光譜儀及方法既具有光譜分辨率高，可 實現(xiàn)數(shù)十個乃至上百個窄帶波段濾波，并能充分利用窗掃模式高光通量的優(yōu)點， 又能滿足動態(tài)窗掃的工作要求，應(yīng)用優(yōu)勢明顯，特別是在圖像和光譜信噪比方 面容易達到較高水平。2、 本發(fā)明的濾光片調(diào)諧式窗掃成像光譜儀及方法與成像光譜領(lǐng)域其它已經(jīng) 出現(xiàn)的成像光譜儀及方法相比還具有光譜通道靈活可調(diào)的特點，根據(jù)特殊用途 需要可以只針對某些特定譜段成像。這種情況下會帶來兩方面優(yōu)勢 一方面， 在相同條件下，單波段圖像積分時間的調(diào)節(jié)范圍增大，可以提高對微弱信號的 探測水平；另一方面，對不需要的波段不進行成像，可以降低數(shù)據(jù)采集、處理 和傳輸系統(tǒng)的處理壓力。3、 可調(diào)諧濾光片成像光譜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且解決了目前成像光譜儀不能兼顧高光譜分辨率、高多波段數(shù)、靈活的波段選擇、高光通量特點和窗掃成像工 作的問題，較易提升儀器性能。


圖1-為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖2-為本發(fā)明掃描系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)工作模式示意圖；圖3-為本發(fā)明數(shù)據(jù)處理結(jié)果圖像立方體的定義示意圖；圖4-為本發(fā)明實施例中液晶可調(diào)諧濾光片的Lyot波片結(jié)構(gòu)圖；圖5-為本發(fā)明實施例中液晶可調(diào)諧濾光片的窄帶濾波原理示意圖；圖6-為本發(fā)明平臺搭載示意圖；圖7-為本發(fā)明掃描裝置示意圖；圖8-為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)組合框圖；圖9-為本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)處理結(jié)果波段圖；圖10-為本發(fā)明的濾光片調(diào)諧同歩窗掃工作模式(空間對地面)； 圖11-為本發(fā)明的濾光片調(diào)諧同步窗掃工作模式(地面對地面)。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明中使用的可調(diào)諧濾光片可以有多種選擇，如液晶可調(diào)諧濾光片LCTF (Liquid Crystal Tunable Filter)、聲光可調(diào)諧濾光片AOTF (Acoustic-Optic Tunable Filter)、磁光可調(diào)諧濾光片MOTF (Magneto-Optical Tunable Filter)。下面以液晶可調(diào)諧濾光片LCTF為例，介紹濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng) 及方法的調(diào)節(jié)原理。LCTF由若干利奧(LyoO波片單元級聯(lián)構(gòu)成，如圖4所示， 它包括偏振片、石英、液晶，構(gòu)成相位延遲片。由雙折射效應(yīng)可知，當(dāng)自然光通過Lyot波片時，o光與e光產(chǎn)生的相位延遲為義式中，/^^A"為o光與e光產(chǎn)生的光程差。因此對于單組Lyot波片，可知廠冶=廠鵬+廠石英其光譜透射率7; = J-0.5(l + cosS) =0.5[l + cos(27rdAw/;i)]因此， 一般LCTF使用多組(如6組)級聯(lián)的Lyot波片結(jié)構(gòu)，如圖4所示。 其中，T +1=2/;，即結(jié)構(gòu)中任意一個Lyot波片單元的光程差是其前一個單元光程差的兩倍。光通過第一個Lyot單元的光譜透射率為7;丄=0.5(1十cos5) 丫o=0.5[l + cos(2;rdArt/;i)]式中，I為光強矢量。由于7^,27^，那么72丄=0.5(1十cos2S)r3 =會=0.5(1 +cos4S)同理，可得To T5， Ts……當(dāng)丁=1，即^""d時(m取整數(shù))，波K:在義處的波段被選擇輸出。因此， LCTF在很寬的波段可見近紅外范圍內(nèi)可電控調(diào)諧。通過改變對液晶所施加電壓 的大小，分別對波長的相位進行調(diào)制，選擇波段的輸出范圍，同時鎖定其它波 長，從而實現(xiàn)對濾光片的動態(tài)調(diào)制，獲得高精度的窄波輸出；如圖5所示，其中， 橫坐標(biāo)為波長方向，縱坐標(biāo)為參考幅度，Stagel-Stage6分別表示波通過波片l 一波片6的透射率；550mii附近的波段干涉加強獲得輸出，而其它波段則相互抵 消，被濾光片鎖定；通過改變施加在液晶上的電壓，從而改變Aw，可達到選擇 不同波段輸出的目的。本發(fā)明掃描系統(tǒng)又可分為兩大類方式實施通過平臺搭載或使用掃描裝置。平臺搭載可有兩種實現(xiàn)方法，其原理如圖6所示。其中，a)將成像光譜儀 固定在平動平臺上，如衛(wèi)星、飛機，通過平臺的平行運動，帶動成像光譜儀完 成掃描動作；b)將成像光譜儀固定在轉(zhuǎn)動平臺上，如旋轉(zhuǎn)平臺，通過平臺的旋 轉(zhuǎn)運動，帶動成像光譜儀完成掃描動作。掃描裝置原理如圖7所示，在成像光譜儀成像光學(xué)系統(tǒng)前端加入擺鏡，通 過擺鏡的旋轉(zhuǎn)改變成像光學(xué)系統(tǒng)入瞳視場，完成掃描動作。實施例根據(jù)具體設(shè)計需要，本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共有三種實施方案可供選擇，如圖8所示，其中(a)為可調(diào)諧濾光片前置結(jié)構(gòu)，可調(diào)諧濾光片前置結(jié)構(gòu)指將可調(diào)諧濾 光片放置在成像光學(xué)系統(tǒng)入瞳前端。(b)為可調(diào)諧濾光片中置結(jié)構(gòu)，可調(diào)諧濾光
片置入成像光學(xué)系統(tǒng)中光闌附近；(c)為可調(diào)諧濾光片后置結(jié)構(gòu)，可調(diào)諧濾光片 放置在成像光學(xué)系統(tǒng)出瞳后端，焦平面探測器前端；當(dāng)成像光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)空間不 足，不利于插入可調(diào)諧濾光片濾波系統(tǒng)時，可以采用(a)方案。
可調(diào)諧濾光片前置結(jié)構(gòu)成像原理如下，如圖1所示，本發(fā)明的濾光片調(diào)諧式 窗掃成像光譜儀，包括成像光學(xué)系統(tǒng)、焦平面探測器、可調(diào)諧濾光片、濾光片 驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，其中，成像光學(xué)系統(tǒng)包括 前置光學(xué)系統(tǒng)和后置光學(xué)系統(tǒng)。目標(biāo)光線首先進入可調(diào)諧濾光片，可調(diào)諧濾光 片在500nm窄帶工作狀態(tài)下通帶寬度為7nm，可以起到對入射光窄帶濾波的效果，
經(jīng)過濾波后的光信號為單波段成像光信號；單波段成像光信號接著進入前端光 學(xué)系統(tǒng)，出射后經(jīng)過后置光學(xué)系統(tǒng)后到達焦平面探測器像面上成像(焦平面探 測器像素大小為18um)。此時，焦平面探測器對其進行光電轉(zhuǎn)換，然后將二維圖 像電信號輸出，由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進行重組處理并輸出，至此，完成一個波 段數(shù)據(jù)的采集工作。
控制系統(tǒng)根據(jù)窗掃過程(窗掃過程實施例見后)中目標(biāo)的像面在焦平面探 測器上的相對運動速度180um/s，發(fā)出波段調(diào)整信號到濾光片驅(qū)動器，驅(qū)動器控 制液晶調(diào)諧，使可調(diào)諧濾光片工作在507醒波長狀態(tài)下，繼續(xù)前面所述的成像 采集處理過程，則可完成另一個波段數(shù)據(jù)的采集工作；同理，如此循環(huán)工作， 就可以完成成像光譜儀數(shù)據(jù)立方體的采集工作；經(jīng)過重組后，得到正確的數(shù)據(jù) 立方體數(shù)據(jù)，如圖9所示。
可調(diào)諧濾光片中置結(jié)構(gòu)成像原理如下，如圖1所示，本發(fā)明的濾光片調(diào)諧式 窗掃成像光譜儀，包括成像光學(xué)系統(tǒng)、焦平面探測器、可調(diào)諧濾光片、濾光片 驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，其中，成像光學(xué)系統(tǒng)包括 前置光學(xué)系統(tǒng)和后置光學(xué)系統(tǒng)。目標(biāo)光線由前端光學(xué)系統(tǒng)進入，出射后到達可 調(diào)諧濾光片，可調(diào)諧濾光片在500mii窄帶工作狀態(tài)下通帶寬度為7，，可以起到 對入射光窄帶濾波的效果，經(jīng)過濾波后的光信號為單波段成像光信號；此信號 經(jīng)過后置光學(xué)系統(tǒng)后到達焦平面探測器像面上成像(焦平面探測器像素大小為 18um)。此時，焦平面探測器對其進行光電轉(zhuǎn)換，然后將二維圖像電信號輸出， 由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進行重組處理并輸出，至此，完成一個波段數(shù)據(jù)的采集工作。
控制系統(tǒng)根據(jù)窗掃過程(窗掃過程實施例見后)中目標(biāo)的像面在焦平面探
測器上的相對運動速度180um/s，發(fā)出波段調(diào)整信號到濾光片驅(qū)動器，驅(qū)動器控 制液晶調(diào)諧，使可調(diào)諧濾光片工作在507nm波長狀態(tài)下，繼續(xù)前面所述的成像 采集處理過程，則可完成另一個波段數(shù)據(jù)的采集工作；同理，如此循環(huán)工作， 就可以完成成像光譜儀數(shù)據(jù)立方體的采集工作；經(jīng)過重組后，得到正確的數(shù)據(jù) 立方體數(shù)據(jù)，同可調(diào)諧濾光片前置結(jié)構(gòu)處理結(jié)果。
可調(diào)諧濾光片后置結(jié)構(gòu)成像原理如下，如圖l所示，本發(fā)明的濾光片調(diào)諧式 窗掃成像光譜儀，包括成像光學(xué)系統(tǒng)、焦平面探測器、可調(diào)諧濾光片、濾光片 驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，其中，成像光學(xué)系統(tǒng)包括 前置光學(xué)系統(tǒng)和后置光學(xué)系統(tǒng)。目標(biāo)光線首先進入前端光學(xué)系統(tǒng)，出射后經(jīng)過 后置光學(xué)系統(tǒng)后進入可調(diào)諧濾光片，可調(diào)諧濾光片在500nm窄帶工作狀態(tài)下通 帶寬度為7nm，可以起到對入射光窄帶濾波的效果，經(jīng)過濾波后的光信號就是一 個單波段成像光信號；然后，單波段成像光信號到達焦平面探測器像面上成像 (焦平面探測器像素大小為18um)。此時，焦平面探測器對其進行光電轉(zhuǎn)換，然 后將二維圖像電信號輸出，由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進行重組處理并輸出，至此， 完成一個波段數(shù)據(jù)的采集工作。
控制系統(tǒng)根據(jù)窗掃過程(窗掃過程實施例見后)中目標(biāo)的像面在焦平面探 測器上的相對運動速度180um/s，發(fā)出波段調(diào)整信號到濾光片驅(qū)動器，驅(qū)動器控 制液晶調(diào)諧，使可調(diào)諧濾光片工作在507mn波長狀態(tài)下，繼續(xù)前面所述的成像 采集處理過程，則可完成另一個波段數(shù)據(jù)的采集工作；同理，如此循環(huán)工作， 就可以完成成像光譜儀數(shù)據(jù)立方體的采集工作；經(jīng)過重組后，得到正確的數(shù)據(jù) 立方體數(shù)據(jù)，同可調(diào)諧濾光片前置結(jié)構(gòu)處理結(jié)果。
本發(fā)明可使用兩種窗掃工作模式，分別是空間對地面觀測和地面對地面觀 測。其中，空間對地面觀測過程可以應(yīng)用本發(fā)明動態(tài)窗掃工作原理中平臺搭載 實現(xiàn)方法a)實現(xiàn)，即成像光譜儀固定在平動平臺，如圖3 (a)所示。下面以 衛(wèi)星平臺為例進行說明，衛(wèi)星軌道高度680km，極地近圓軌道，當(dāng)?shù)孛姹挥^測目 標(biāo)靜止不動時，衛(wèi)星平臺沿一維方向環(huán)繞地球飛行，同時成像光譜儀對地面進 行窗掃成像，在不同時間進行不同波段的成像，如Os時刻成像波段500nm， 0. ls 時刻成像波段507nrn， ls時刻成像波段570nm，如圖10所示。地面對地面觀測過程可以應(yīng)用本發(fā)明動態(tài)窗掃工作原理中平臺搭載實現(xiàn)方 法b)即成像光譜儀固定在轉(zhuǎn)動平臺上，或者掃描系統(tǒng)實現(xiàn)。下面分別舉例說明
1) 成像光譜儀固定在轉(zhuǎn)動平臺上，如圖3 (b)所示，此時，觀測目標(biāo)靜止，
轉(zhuǎn)動平臺與目標(biāo)無相對位移，成像光譜儀瞬時視場角IF0V為0.2mrad，轉(zhuǎn)動平臺 轉(zhuǎn)速為2mrad/s，在平臺轉(zhuǎn)動時，成像光譜儀對目標(biāo)進行窗掃成像，在不同時間 進行不同波段的成像，如0s時刻成像波段500nm， 0. ls時刻成像波段507nm， ls 時刻成像波段570nm，如圖11所示。
2) 使用掃描系統(tǒng)實現(xiàn)，如圖4所示，此時，觀測目標(biāo)靜止，轉(zhuǎn)動平臺與目 標(biāo)無相對位移，成像光譜儀瞬時視場角IF0V為0.2mrad，成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)前 加入擺鏡，擺鏡轉(zhuǎn)動速度為2mrad/s，在擺鏡轉(zhuǎn)動時，成像光譜儀對目標(biāo)進行窗 掃成像，在不同時間進行不同波段的成像，如0s時刻成像波段500mn， 0. ls時刻 成像波段507nm， ls時刻成像波段570nm。
權(quán)利要求
1. 濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)，實現(xiàn)該方法的系統(tǒng)包括成像光學(xué)系統(tǒng)、可調(diào)諧濾光片、焦平面探測器、濾光片驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；其特征在于還包括掃描系統(tǒng)，用于完成窗掃工作；該掃描系統(tǒng)與成像光學(xué)系統(tǒng)、可調(diào)諧濾光片、焦平面探測器、濾光片驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組合一起實現(xiàn)窗掃工作模式；在濾光片調(diào)諧式成像光譜儀的靜態(tài)工作系統(tǒng)中加入掃描系統(tǒng)，使之可以進行動態(tài)窗掃成像；并采用與掃描系統(tǒng)配套的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，使之可以在窗掃模式下完成處理，輸出正確的光譜立方體結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所述的濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)，其特征在于可 調(diào)諧濾光片為窄帶光譜濾波器，可使用液晶可調(diào)諧濾光片、聲光可調(diào)諧濾光片、 磁光可調(diào)諧濾光片。
3. 如權(quán)利要求1所述的濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)，其特征在于掃 描系統(tǒng)可分為兩大類方式供選擇通過平臺搭載或使用掃描裝置；平臺搭載可有兩種實現(xiàn)方法其一，將成像光譜儀固定在平動平臺上，如 衛(wèi)星、飛機，通過平臺的平行運動，帶動成像光譜儀完成掃描動作；其二，將 成像光譜儀固定在轉(zhuǎn)動平臺上，如旋轉(zhuǎn)平臺，通過平臺的旋轉(zhuǎn)運動，帶動成像 光譜儀完成掃描動作；掃描裝置是指在成像光譜儀成像光學(xué)系統(tǒng)前端加入擺鏡，通過擺鏡的旋轉(zhuǎn) 改變成像光學(xué)系統(tǒng)入瞳視場，完成掃描動作。
4. 如權(quán)利要求1所述的濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)，其特征在于整 個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括三種實現(xiàn)方式可調(diào)諧濾光片前置結(jié)構(gòu)，可調(diào)諧濾光片前置結(jié)構(gòu)指將可調(diào)諧濾光片放置在成像光學(xué)系統(tǒng)入瞳前端；可調(diào)諧濾光片中置結(jié)構(gòu)，可調(diào)諧濾光片置入成像光學(xué)系統(tǒng)中光闌附近； 可調(diào)諧濾光片后置結(jié)構(gòu)，可調(diào)諧濾光片放置在成像光學(xué)系統(tǒng)出瞳后端，焦平面探測器前端。
5. 濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像方法，其特征在于在窗掃成像時，瞬時掃 描圖像區(qū)域一般都是二維空間，其中的每一個物點在通過可調(diào)諧濾光片到達焦 平面探測器后會輸出該點的強度信息，此像素點在當(dāng)前波段代表的光譜信息就 會記錄到此波段采集圖像中；由于濾光片通過波段的調(diào)諧是隨時間變化的，所以不同時刻就會記錄下不同波段的圖像；而在窗掃過程中，因入射光線與成像 光譜儀存在相對運動，不同時刻采集到的目標(biāo)點信息在圖像xy平面的位置也是 不同的，且各個波段圖中對應(yīng)同一目標(biāo)點的像素點位置成一維排列，L時刻記錄 波段1， T2時刻記錄波段2，……，T。時刻記錄波段n;由于目標(biāo)與成像光譜儀 的相對運動，使得不同時刻的波段圖中對應(yīng)同一目標(biāo)點的像素點位置存在沿運 動方向相反的位移，所以，對采集到的圖像進行逆運動方向抽取重組即可獲得正確的圖像立方體。
6. 如權(quán)利要求5所述的濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)及方法，其特征在于濾光片調(diào)諧同步窗掃工作模式為在動態(tài)調(diào)諧濾光片選擇波長時，同步進行 窗掃采集工作。
7. 如權(quán)利要求5所述的濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)及方法，其特征在于濾光片調(diào)諧同步窗掃工作模式包括空對地觀測方式和地對地觀測方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及濾光片調(diào)諧式窗掃光譜成像系統(tǒng)及方法，屬于光譜成像領(lǐng)域。本發(fā)明是指在濾光片調(diào)諧式靜態(tài)光譜成像系統(tǒng)中加入掃描系統(tǒng)，使之可以進行動態(tài)窗掃成像。并采用與掃描系統(tǒng)配套的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，使之可以在窗掃模式下完成處理，輸出正確的光譜立方體結(jié)果。本發(fā)明對光能利用率高，圖像和光譜信噪比均易達較高水平、光譜分辨率高、光譜工作波段靈活可調(diào)，可只在感興趣波段工作，降低了數(shù)據(jù)量，增大了積分時間調(diào)節(jié)范圍，可以提高對微弱信號的探測水平；本發(fā)明廣泛適于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源勘探、環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)、物質(zhì)鑒別、公共安全等領(lǐng)域應(yīng)用。
文檔編號G01J3/12GK101504316SQ20081023972
公開日2009年8月12日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者吳文敏, 崔德琪, 廖寧放, 曹瑋亮, 楚建軍, 田立勛, 譚博能, 趙達尊 申請人:北京理工大學(xué)