【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及时间飞行成像光谱领域,特别涉及一种。
技术介绍
成像光谱技术将成像技术和光谱技术结合在一起,形成覆盖紫外到远红外范围的光谱带宽探测,主要用于获取被测目标的空间二维信息和光谱信息,是一种新型的多维信息获取技术。光谱成像技术与实时处理技术的结合可以快速地为地面提供探测目标的空间和光谱信息,提高响应速度,准确地实现目标定性研究,其在遥感、天文、目标搜索跟踪探测、地质灾害的预测、农作物病虫害的监测、水体检测、资源勘探、大气成分监测、太空碎片的分类等领域的应用发展迅猛,对成像光谱仪的研制和成像机理提出了更高更新的要求。而常规的色散成像光谱仪又分为棱镜和光栅两种形式,原理简单,但考虑到狭缝的光损耗和分光后单位波长的光通量较小,其光谱能量利用率极低,且通常需要通过推扫的方式来实现成像光谱,稳定性低、成像效果差、耗时长。为解决这一问题,基于Hadamard变换的色散型光谱成像仪应运而生,其核心思想就是探测多通道信号线性组合之后的叠加信号,而不是探测单一的通道信号。早在上世纪四十年代,M.J.E.Golay就已经最先提出“模板调制”调制思想,基于这种思想,Golay设计出多狭缝模板光谱仪,认识了模板调制的作用。随后,Mertz提出以旋转栅栏方法实现光场调制,利用傅里叶变换获得福射光谱;1968年,Ibbett、Decker和Harwit等人研究了 Golay光谱仪的基本特征,提出间歇步进模板取代连续旋转盘;Gottlieb研究了与正交二元数字码相关的循环码,提出循环码可折叠成二维阵列,Sloane等人在此基础上,提出Reed-Mullet码,该码适用 ...
【技术保护点】
一种基于压缩感知和编码变换的时间飞行成像光谱系统,其特征在于,包括:脉冲激光单元、望远镜单元、成像透镜(4)、第一扩束准直透镜(5?1)、第一数字微反射镜(6?1)、照相机(7)、凹面准直反射镜(8)、分光光栅(9)、第一会聚透镜(10?1)、第二数字微反射镜(6?2)、第二会聚透镜(10?2)、合光光栅(11)、第三会聚透镜(10?3)、点探测器(12)、Hadamard逆变换模块(13)、压缩计算关联模块(14)以及飞行时间相关模块;其中,所述脉冲激光单元包括主动脉冲光源(15)、第二扩束准直透镜(5?2)和第二反射镜(3?2);所述望远镜单元包括凹面反射镜(1)、凸面反射镜(2)和第一反射镜(3?1),所述飞行时间相关模块包括同步控制单元(16)和时幅转换器(17);所述同步控制单元(16)同时发出触发信号给主动脉冲光源(15)和点探测器(12),所述点探测器(12)受触发后进入预备探测阶段,所述主动脉冲光源(15)受触发后将脉冲光打在探测目标上,所述探测目标表面的反射光通过成像透镜(4)成像后,由第一扩束准直透镜(5?1)将探测目标图像映射到所述第一数字微反射镜(6?1)上,所 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知和编码变换的时间飞行成像光谱系统,其特征在于,包括:脉冲激光单元、望远镜单元、成像透镜(4)、第一扩束准直透镜(5-1)、第一数字微反射镜(6-1)、照相机(7)、凹面准直反射镜(8)、分光光栅(9)、第一会聚透镜(10-1)、第二数字微反射镜(6-2)、第二会聚透镜(10-2)、合光光栅(11)、第三会聚透镜(10-3)、点探测器(12)、Hadamard逆变换模块(13)、压缩计算关联模块(14)以及飞行时间相关模块;其中,所述脉冲激光单元包括主动脉冲光源(15)、第二扩束准直透镜(5-2)和第二反射镜(3-2);所述望远镜单元包括凹面反射镜(I)、凸面反射镜(2)和第一反射镜(3-1),所述飞行时间相关模块包括同步控制单元(16)和时幅转换器(17); 所述同步控制单元(16)同时发出触发信号给主动脉冲光源(15)和点探测器(12),所述点探测器(12)受触发后进入预备探测阶段,所述主动脉冲光源(15)受触发后将脉冲光打在探测目标上,所述探测目 标表面的反射光通过成像透镜(4 )成像后,由第一扩束准直透镜(5-1)将探测目标图像映射到所述第一数字微反射镜(6-1)上,所述第一数字微反射镜(6-1)首先将光全部反射到低分辨率的照相机(7)上,得到一个粗略的像,从而大体知道探测目标在图像中所处位置,然后将第一数字微反射镜(6-1)上探测目标在图像中所处位置以外的区域全部置0,仅在探测目标在图像中所处位置的区域设置随机散斑,通过该随机散斑对映射到第一数字微反射镜(6-1)上的光束进行调制,调制后的光束经过凹面准直反射镜(8)重新准直成平行光,该平行光覆盖所述分光光栅(9)的整个栅平面,所得到的分光光束在通过第一会聚透镜(10-1)后在第二数字微反射镜(6-2)上展成一条光谱线,所述第二数字微反射镜(6-2 )对该光谱线实施Hadamard编码变换,编码后的光谱图像再通过第二会聚透镜(10-2)入射到所述合光光栅(11)的光滑面,还原成平行光,由后续的第三会聚透镜(10-3)会聚收集;所述点探测器(12)对第三会聚透镜(10-3)会聚收集的光束完成探测工作,所述时幅转换器(17)根据点探测器(12)的探测结果将光子到达时间记录下来,回传给所述同步控制单元(16)寄存,所述同步控制单元(16)根据光子到达时间聚集程度来判断所接收到的光子是否属于同一光子团,若聚集程度逐步降低到预先设定的阈值,则发给点探测器(12) —条指令,令其将所累计的光子数通过时幅转换器(17)传给所述同步控制单元(16)寄存,并使所述点探测器(12)中的计数清0并重新开始计数,若共计有r(r > I)束聚集光子团,则重复测量r次,待一次脉冲光全部返回到所述点探测器(12)表面,则所述同步控制单元(16)再次发送触发信号给主动脉冲光源(15)和点探测器(12),重复上述操作,其中,第一数字微反射镜(6-1)共翻转m次,每翻转一次期间,第二数字微反射镜(6-2)实施N次Hadamard编码变换,第二数字微反射镜(6-2)每次编码间隔大于脉冲光全部返回所需时间,主动脉冲光源(15)共发出mXN次脉冲光;当测量结束后,同步控制单元(16)统一将之前测量得到的测量数依次传给Hadamard逆变换模块(13)、压缩计算关联模块(14),最终恢复出时间飞行成像光谱。2.根据权利要求1所述的基于压缩感知和编码变换的时间飞行成像光谱系统,其特征在于,所述主动光源(15)采用紫外、可见、近红外和红外波段的连续谱光源或脉冲光源实现。3.根据权利要求1所述的基于压缩感知和编码变换的时间飞行成像光谱系统,其特征在于,所述望远镜单元在结构上是反射式、折射式、折反式望远镜中任意一种;在类型是伽利略望远镜、开普勒望远镜、牛顿望远镜、卡塞格林望远镜中的任意一种;所述望远镜单元所适用的光谱范围包括紫外、可见、近红外和红外波段。4.根据权利要求3所述的基于压缩感知和编码变换的时间飞行成像光谱系统,其特征在于,所述望远镜单元为反射式望远镜,其包括凹面反射镜(I )、凸面反射镜(2)和第一反射镜(3-1)。5.根据权利要求1所述的基于压缩感知和编码变换的时间飞行成像光谱系统,其特征在于,所述第二数字微反射镜(6-2)对分光后的光谱线实施Hadamard编码变换时,所述Hadamard编码采用N阶循环S矩阵逐次对分光光谱图像添加N幅编码模板,探测N个总光强值,阶数越高光谱角分辨率越高;其中,若S矩阵为二次余数结构,阶数N = 4i+3, i =O,1,2,...,若S矩阵为最大长度移位寄存器序列结构,阶数N = 2'-1, i = 1,2,3,...,若S矩阵为双素数结构,阶数N = z (z+2), z和z+2均为素数。6.根据权利要求1所述的基于压缩感知和编码变换的时间飞行成像光谱系统,其特征在于,所述分光光栅(9)与合光光栅(11)米用包括反射光栅、透射光栅、闪耀光栅、全息光栅、棱镜分光在内的光谱分光器件中的任意一种实现。7.根据权利要求1所述的基于压缩感知和编码变换的时间飞行成像光谱系统,其特征在于,所述照相机(7)采用紫外、可见、近红外和红外波段的面阵光电探测器、单像素照相机中的任意一种...
【专利技术属性】
技术研发人员:孙志斌,俞文凯,代斌,姚旭日,翟光杰,蒋远大,杨震,孟新,
申请(专利权)人:中国科学院空间科学与应用研究中心,
类型:发明
国别省市:
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