一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，具體涉及光譜數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。其解決了現(xiàn)有成像光譜系統(tǒng)的光譜分辨率能力差、存在較大的譜線彎曲和譜線色畸變，設(shè)計(jì)、加工、裝調(diào)精度要求高、價(jià)格高等不足。該基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，包括控制與信號(hào)處理模塊、依次設(shè)置的前置光學(xué)系統(tǒng)、分光成像模塊和微型濾光片與探測(cè)器模塊和信號(hào)連接的信號(hào)探測(cè)與數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和信息處理單元。
【專利說(shuō)明】
一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光譜數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外成像光譜技術(shù)因?yàn)槠淠塬@得不同光譜波長(zhǎng)的系列目標(biāo)紅外圖像，即能夠同時(shí)獲取目標(biāo)的圖像信息和光譜信息，同時(shí)也是諸多領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ)設(shè)備，如航空航天遙感、地質(zhì)礦藏、醫(yī)藥研究、農(nóng)業(yè)檢測(cè)、軍事偵察等。成像光譜儀所采用的分光技術(shù)直接影響著儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、體積、重量及儀器性能，根據(jù)成像光譜儀的具體技術(shù)要求和應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的分光技術(shù)極為重要。
[0003]傳統(tǒng)的棱鏡色散型或平面光柵色散型成像光譜儀均存在較大的譜線彎曲和譜線色畸變，致使成像光譜儀三維圖像信息的準(zhǔn)確提取難度增大，并且光譜分辨率較差，光譜通道有限。而基于干涉分光體制的成像光譜儀雖然分辨率等指標(biāo)優(yōu)秀，但也存在數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造要求精度高，價(jià)格高等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有成像光譜系統(tǒng)的光譜分辨率能力差、存在較大的譜線彎曲和譜線色畸變，設(shè)計(jì)、加工、裝調(diào)精度要求高、價(jià)格高等不足，提出了一種簡(jiǎn)便、高效、低成本的，基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，包括:控制與信號(hào)處理模塊、依次設(shè)置的前置光學(xué)系統(tǒng)、分光成像模塊和微型濾光片與探測(cè)器模塊；
[0007]所述前置光學(xué)系統(tǒng)，用于收集入射的目標(biāo)紅外信號(hào)，并將其會(huì)聚到分光成像模塊；
[0008]所述分光成像模塊，包括光闌、漸變?yōu)V光片和成像物鏡，所述光闌為視場(chǎng)光闌，所述漸變?yōu)V光片安裝于圓形轉(zhuǎn)盤上，用于對(duì)入射目標(biāo)紅外信號(hào)進(jìn)行光譜分光，形成單色的紅外圖像；
[0009]所述微型濾光片與探測(cè)器模塊，包括微型濾光片和探測(cè)器組件，所述微型濾光片用于濾除雜散光，所述探測(cè)器組件用于接收紅外圖像，并通過(guò)上述成像物鏡會(huì)聚到探測(cè)器組件上；
[0010]還包括信號(hào)連接的信號(hào)探測(cè)與數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和信息處理單元；
[0011]所述信號(hào)探測(cè)與數(shù)據(jù)獲取模塊，用于提供探測(cè)器組件工作所需的邏輯時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及對(duì)探測(cè)器組件輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行緩沖耦合、增益調(diào)整、采樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)采集，輸出光譜圖像數(shù)據(jù)；
[0012]所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于獲取光譜圖像數(shù)據(jù)的暗電平校正、圖像非均勻性校正、輻射定標(biāo)、光譜定標(biāo)、數(shù)據(jù)編排的預(yù)處理，獲取目標(biāo)光譜圖像立方數(shù)據(jù)；
[0013]所述信息處理單元，對(duì)獲取的目標(biāo)光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)壓縮、去噪、多波段數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)檢測(cè)、分類處理，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用提供目標(biāo)的紅外光譜圖像立方。
[0014]優(yōu)選地，所述前置光學(xué)系統(tǒng)采用改進(jìn)型的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，包括主鏡和次鏡，所述主鏡和次鏡均采用雙曲面鏡。
[0015]優(yōu)選地，所述漸變?yōu)V光片為線性漸變?yōu)V光片或圓形漸變?yōu)V光片。
[0016]優(yōu)選地，所述漸變?yōu)V光片安裝在圓形轉(zhuǎn)盤上，形成濾光片輪。
[0017]優(yōu)選地，所述探測(cè)器組件包括紅外面陣探測(cè)器。
[0018]優(yōu)選地，所述視場(chǎng)光闌用于限制能夠無(wú)遮擋的進(jìn)入系統(tǒng)的最大光束直徑。
[0019]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0020](I)基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積重量輕、性能穩(wěn)定可靠、環(huán)境適應(yīng)性好；
[0021](2)將漸變?yōu)V光片安裝在由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的圓形轉(zhuǎn)盤上，形成濾光片輪，可方便的通過(guò)使用不同的漸變?yōu)V光片組合配置方案，實(shí)現(xiàn)不同的工作波段覆蓋，而無(wú)需進(jìn)行大改動(dòng)；可通過(guò)改變工作時(shí)入射光會(huì)聚到濾光片輪的位置，更改獲取光譜圖像立方的光譜通道中心波長(zhǎng)。系統(tǒng)具有十分靈活的工作波段和光譜通道中心波長(zhǎng)更改性能；
[0022](3)通過(guò)從獲取光譜圖像數(shù)據(jù)立方中提取單個(gè)像元的光譜數(shù)據(jù)，即可獲取目標(biāo)某個(gè)位置的一張全光譜范圍的紅外譜圖，可用于分析氣體、固體和液體等，只通過(guò)單次測(cè)量，即可獲取目標(biāo)的光譜信息。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為該基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)示意圖。
[0024]其中，I為前置光學(xué)系統(tǒng)，2為分光成像模塊，3為微型濾光片與探測(cè)器模塊，4為信號(hào)探測(cè)與數(shù)據(jù)獲取模塊，5為數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，6為信息處理單元，7為控制與信號(hào)處理模塊，8為光闌，9為漸變?yōu)V光片，1為成像物鏡，11為次鏡，12為主鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0026]如圖1所示，一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，包括:控制與信號(hào)處理模塊7、依次設(shè)置的前置光學(xué)系統(tǒng)1、分光成像模塊2和微型濾光片與探測(cè)器模塊3;
[0027]前置光學(xué)系統(tǒng)I，用于收集入射的目標(biāo)紅外信號(hào)，并將其會(huì)聚到分光成像模塊；
[0028]因此需要前置光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置較大的通光口徑和視場(chǎng)角，以提高目標(biāo)信號(hào)的收集能力，改善獲取數(shù)據(jù)的信噪比；
[0029]紅外成像光譜測(cè)量通常需要覆蓋3μπι?5μπι和8μπι?14μπι這兩個(gè)大氣窗口，且光譜范圍較寬，由此選用反射式系統(tǒng)；
[0030]經(jīng)典卡塞格林系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，視場(chǎng)大，能校正球差等優(yōu)點(diǎn)，但由于無(wú)法校正彗差和軸外像質(zhì)較差，為解決這一問(wèn)題，系統(tǒng)的主鏡和次鏡均采用雙曲面鏡配置。
[0031 ]分光成像模塊2，包括光闌8、漸變?yōu)V光片9和成像物鏡10，光闌8、漸變?yōu)V光片9和成像物鏡10依次豎直設(shè)置，光闌8為視場(chǎng)光闌，用于限制能夠無(wú)遮擋的進(jìn)入系統(tǒng)的最大光束直徑，入射光束會(huì)聚到漸變?yōu)V光片9上。漸變?yōu)V光片9為線性漸變?yōu)V光片或圓形漸變?yōu)V光片，漸變?yōu)V光片9安裝在圓形轉(zhuǎn)盤上，形成濾光片輪，用于對(duì)入射目標(biāo)紅外信號(hào)進(jìn)行光譜分光，形成單色的紅外圖像。成像物鏡10將單色紅外圖像會(huì)聚到探測(cè)器組件上；
[0032]微型濾光片與探測(cè)器模塊3，包括微型濾光片和探測(cè)器組件，微型濾光片用于濾除雜散光，探測(cè)器組件包括紅外面陣探測(cè)器，探測(cè)器組件用于接收紅外圖像；
[0033]還包括信號(hào)連接的信號(hào)探測(cè)與數(shù)據(jù)獲取模塊4、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊5和信息處理單元6；
[0034]信號(hào)探測(cè)與數(shù)據(jù)獲取模塊4，用于提供探測(cè)器組件工作所需的邏輯時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及對(duì)探測(cè)器組件輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行緩沖耦合、增益調(diào)整、采樣保持(S/Η)和模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)、信號(hào)采集，輸出光譜圖像數(shù)據(jù)；
[0035]數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊5，用于獲取光譜圖像數(shù)據(jù)立方的暗電平校正、圖像非均勻性校正、輻射定標(biāo)、光譜定標(biāo)、數(shù)據(jù)編排的預(yù)處理，獲取目標(biāo)光譜圖像立方數(shù)據(jù)；
[0036]信息處理單元6，對(duì)獲取的目標(biāo)光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)壓縮、去噪、多波段數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)檢測(cè)、分類處理，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用提供目標(biāo)的紅外光譜圖像立方。
[0037]前置光學(xué)系統(tǒng)I采用改進(jìn)型的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，包括主鏡12和次鏡11，主鏡12和次鏡11均采用雙曲面鏡。
[0038]該系統(tǒng)每次能對(duì)目標(biāo)的單色空間圖像信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)漸變?yōu)V光片對(duì)光譜信息進(jìn)行掃描，采用凝視方式獲取待測(cè)目標(biāo)的紅外光譜圖像立方數(shù)據(jù);該測(cè)試系統(tǒng)可根據(jù)測(cè)試需求實(shí)現(xiàn):
[0039](I)對(duì)3um?5um和8um?14um兩個(gè)大氣窗口的整體或部分覆蓋；
[0040](2)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于2%波長(zhǎng)的光譜分辨率；
[0041 ] (3)系統(tǒng)探測(cè)敏度，即噪聲等效溫差可優(yōu)于50mk。
[0042]當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括:控制與信號(hào)處理模塊、依次設(shè)置的前置光學(xué)系統(tǒng)、分光成像模塊和微型濾光片與探測(cè)器模塊； 所述前置光學(xué)系統(tǒng)，用于收集入射的目標(biāo)紅外信號(hào)，并將其會(huì)聚到分光成像模塊； 所述分光成像模塊，包括光闌、漸變?yōu)V光片和成像物鏡，所述光闌為視場(chǎng)光闌，所述漸變?yōu)V光片安裝于圓形轉(zhuǎn)盤上，用于對(duì)入射目標(biāo)紅外信號(hào)進(jìn)行光譜分光，形成單色的紅外圖像； 所述微型濾光片與探測(cè)器模塊，包括微型濾光片和探測(cè)器組件，所述微型濾光片用于濾除雜散光，所述探測(cè)器組件用于接收紅外圖像，并通過(guò)上述成像物鏡會(huì)聚到探測(cè)器組件上； 還包括信號(hào)連接的信號(hào)探測(cè)與數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和信息處理單元； 所述信號(hào)探測(cè)與數(shù)據(jù)獲取模塊，用于提供探測(cè)器組件工作所需的邏輯時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及對(duì)探測(cè)器組件輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行緩沖耦合、增益調(diào)整、采樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)采集，輸出光譜圖像數(shù)據(jù)； 所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于獲取光譜圖像數(shù)據(jù)的暗電平校正、圖像非均勻性校正、輻射定標(biāo)、光譜定標(biāo)、數(shù)據(jù)編排的預(yù)處理，獲取目標(biāo)光譜圖像立方數(shù)據(jù)； 所述信息處理單元，對(duì)獲取的目標(biāo)光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)壓縮、去噪、多波段數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)檢測(cè)、分類處理，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用提供目標(biāo)的紅外光譜圖像立方。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述前置光學(xué)系統(tǒng)采用改進(jìn)型的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，包括主鏡和次鏡，所述主鏡和次鏡均米用雙曲面鏡。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述漸變?yōu)V光片為線性漸變?yōu)V光片或圓形漸變?yōu)V光片。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述漸變?yōu)V光片安裝在圓形轉(zhuǎn)盤上，形成濾光片輪。5.如權(quán)利要求1所述的一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)器組件包括紅外面陣探測(cè)器。6.如權(quán)利要求1所述的一種基于漸變?yōu)V光片的紅外成像光譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述視場(chǎng)光闌用于限制能夠無(wú)遮擋的進(jìn)入系統(tǒng)的最大光束直徑。7.如權(quán)利要求4所述的漸變?yōu)V光片安裝在圓形轉(zhuǎn)盤上，其特征在于，可通過(guò)使用不同的漸變?yōu)V光片組合配置方案，實(shí)現(xiàn)不同的工作波段覆蓋。
【文檔編號(hào)】G01J3/02GK106017676SQ201610322176
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】劉加慶, 李立功, 韓順利, 張志輝, 劉磊, 牛繼勇, 李志增
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十研究所, 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所