一种微型红外成像光谱仪及其成像方法技术

本发明专利技术公开了一种微型红外成像光谱仪，包括狭缝扫描红外光谱成像系统和电气组件；所述的狭缝扫描红外光谱成像系统包括前置光学系统、狭缝、光谱色散系统、数字微透镜阵列、光谱重构系统，所述的电气组件包括红外探测器、微透镜编码解码系统、狭缝运动控制系统和图像处理系统；还公开了光谱仪的成像方法；本发明专利技术采用紧凑型前置光学系统实现目标场景红外辐射能量聚焦；采用精确狭缝扫描技术对场景中的每条线视场进行扫描，使得每次仅通过场景中的一条窄带进行成像；采用光谱散射系统、数字微透镜阵列、光谱重构系统、红外探测器实现线视场的光谱成像，具有分辨率高，结构紧凑，可靠性高，成本较低的优点，应用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于红外光谱成像
，具体涉及一种微型狭缝扫描红外成像光谱仪，以及其成像方法。
技术介绍
成像光谱仪由于其“图谱合一”的特性，被广泛应用于特殊化学品的探测、成像、以及分析。通常情况下，这些特殊的化学品在红外辐射波段都具有辐射/吸收特征，利用成像光谱仪采集这些光谱特征可以实现化学物质的分类鉴别。然而，目前的成像光谱仪具有高昂的成本，这在很大程度上制约了成像光谱仪的应用。
技术实现思路
针对传统红外成像光谱仪具有成本高、体积大、稳定性差等缺点，本专利技术的目的之一在于提供一种微型红外成像光谱仪。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微型红外成像光谱仪，包括狭缝扫描红外光谱成像系统和电气组件；所述的狭缝扫描红外光谱成像系统包括沿光轴方向设置在系统前端的前置光学系统和依次设置在前置光学系统后侧的狭缝、光谱色散系统、数字微透镜阵列和光谱重构系统，所述的狭缝设置在前置光学系统的后焦面上，所述狭缝的缝孔方向为水平；所述的电气组件包括设置在光谱重构系统后方的红外探测器和与红外探测器连接的微透镜编码解码系统，所述的微透镜编码解码系统上分别连接有狭缝运动控制系统和图像处理系统，所述的狭缝运动控制系统与狭缝相连接，所述的微透镜编码解码系统与数字微透镜阵列连接。本专利技术的目的之二在于提供一种微型红外成像光谱仪的成像方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微型红外成像光谱仪的成像方法，包括以下步骤：a）、前置光学系统将目标场景的红外辐射聚焦于狭缝所在的平面上；b）、狭缝选择性地透过不同水平位置的线视场；c）、光谱色散系统将线视场的红外辐射光色散开来；d）、数字微透镜阵列对透过光谱色散系统的光谱信息进行编码，并将编码信息传输给微透镜编码解码系统；e）、光谱重构系统对编码后的光谱辐射信息进行重构，并将其聚焦到红外探测器的焦平面上；f）、红外探测器将接收到的红外辐射转化为电信号并传输到微透镜编码解码系统上，微透镜编码解码系统同时接收数字微透镜阵列传输的编码信息；g）、狭缝运动控制系统控制狭缝的扫描运动，并将狭缝的运动参数传输给微透镜编码解码系统；h）、微透镜编码解码系统根据狭缝运动控制系统以及数字微透镜阵列传输过来的信息对红外探测器输出的信号进行解码，并将解码后的数据传输给图像处理系统；i）、图像图像处理系统对接收到的数据进行排序合成，最终输出红外光谱图像数据。所述的微型红外成像光谱仪的成像方法，步骤g）中狭缝运动控制系统控制狭缝在垂直于光轴的方向上来回扫描。本专利技术的有益效果是：（1）采用了精确狭缝扫描方法，避免了使用传统的大尺寸扫描反射镜，使得系统具有更高的稳定性；（2）采用了数字微透镜阵列编码技术，使得系统具有更高的光谱分辨率；（3）本专利技术结构紧凑，成本较低，可以适用于各种小型化的应用平台，应用范围广泛。附图说明图1是本专利技术的原理框图。各附图标记为：1—前置光学系统，2—狭缝，3—光谱色散系统，4—数字微透镜阵列，5—光谱重构系统，6—红外探测器，7—狭缝运动控制系统，8—微透镜编码解码系统，9—图像处理系统。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参照图1所示，本专利技术公开了一种微型红外成像光谱仪，包括狭缝扫描红外光谱成像系统和电气组件。所述的狭缝扫描红外光谱成像系统包括沿光轴方向设置在系统前端的前置光学系统1和依次设置在前置光学系统1后侧的狭缝2、光谱色散系统3、数字微透镜阵列4和光谱重构系统5，前置光学系统1用于将场景的红外辐射聚焦于狭缝2所在的平面上，狭缝2用于选择性地透过不同水平位置的线视场，光谱色散系统3用于将线视场的红外辐射光色散开来，数字微透镜阵列4用于对透过光谱色散系统3的光谱信息进行编码，并将编码信息传输至微透镜编码解码系统8，光谱重构系统5对编码后的光谱辐射信息进行重构，并将其聚焦到红外探测器6的焦平面上，所述的狭缝2设置在前置光学系统1的后焦面上，所述狭缝2的缝孔方向为水平。所述的电气组件包括设置在光谱重构系统5后方的红外探测器6和与红外探测器6连接的微透镜编码解码系统8，光谱重构系统5将重构的信息聚焦到红外探测器6的焦平面上，红外探测器6将接收到的红外辐射转化为电信号并传输到微透镜编码解码系统8上，微透镜编码解码系统8用于接收数字微透镜阵列4传输的编码信息，所述的微透镜编码解码系统8上分别连接有狭缝运动控制系统7和图像处理系统9，所述的狭缝运动控制系统7与狭缝2相连接，用于控制狭缝2的扫描运动并将狭缝2的运动参数传输给微透镜编码解码系统8，所述的微透镜编码解码系统8与数字微透镜阵列4连接，微透镜编码解码系统8根据狭缝运动控制系统7以及数字微透镜阵列4传输过来的信息对红外探测器6输出的信号进行解码，并将解码后的数据传输给图像处理系统9，图像处理系统9将接收到的数据进行排序合成，最终输出红外光谱图像数据。在上述实施方式的基础上，红外光学系统I的安装方式如下所述。前置光学系统1沿着系统光轴安装在最前方；狭缝2沿着系统光轴安装在前置光学系统1的后焦面的位置，狭缝的方向沿着水平方向；在狭缝2后方沿着光轴依次安装光谱色散系统3、数字微透镜阵列4、光谱重构系统5、以及红外探测器6。本专利技术的工作原理及获得红外光谱图像数据的方法如下所述。场景的红外辐射经前置光学系统1聚焦在后焦面上。狭缝运动控制系统7控制狭缝在同时垂直狭缝2和光轴的方面进行来回扫描运动，假设狭缝2的扫描路程为-L—L，每当运动d的距离，红外探测器6采集一次数据。假设狭缝2运动到位置x处，此时前置光学系统1后焦面只有x处可以通过红外辐射信号，该辐射信号经过光谱色散系统3后，目标场景中通过狭缝2的辐射信号被色散到数字微透镜阵列4上。微透镜编码解码系统8对数字微透镜阵列4进行编码，使得数字微透镜阵列4可以透过特定区域特定波段的辐射信号，进而实现对辐射信号的波前进行编码，编码后的辐射信号经过光谱重构系统5后辐射到红外探测器6的焦平面上。红外探测器6将接收到的辐射信号转化为电信号，并将其传输给微透镜编码解码系统8，微透镜编码解码系统8根据编码信息对电信号进行解码，最终可以输出前置光学系统1后焦面x处一条线视场的光谱数字图像，并将该信号传输给图像处理系统9。当狭缝2从-L运动到L，图像处理系统9可以接收到目标场景若干条线视场的光谱图像，图像处理系统9根据线视场的几何位置，对这些光谱图像进行整合，最终可以得到整个目标场景的光谱图像数据立方。上述实施例仅例示性说明本专利技术的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型红外成像光谱仪，其特征在于：包括狭缝扫描红外光谱成像系统和电气组件；所述的狭缝扫描红外光谱成像系统包括沿光轴方向设置在系统前端的前置光学系统（1）和依次设置在前置光学系统（1）后侧的狭缝（2）、光谱色散系统（3）、数字微透镜阵列（4）和光谱重构系统（5），所述的狭缝（2）设置在前置光学系统（1）的后焦面上，所述狭缝（2）的缝孔方向为水平；所述的电气组件包括设置在光谱重构系统（5）后方的红外探测器（6）和与红外探测器（6）连接的微透镜编码解码系统（8），所述的微透镜编码解码系统（8）上分别连接有狭缝运动控制系统（7）和图像处理系统（9），所述的狭缝运动控制系统（7）与狭缝（2）相连接，所述的微透镜编码解码系统（8）与数字微透镜阵列（4）连接。

【技术特征摘要】
1.一种微型红外成像光谱仪，其特征在于：包括狭缝扫描红外光谱成像系统和电气组件；所述的狭缝扫描红外光谱成像系统包括沿光轴方向设置在系统前端的前置光学系统（1）和依次设置在前置光学系统（1）后侧的狭缝（2）、光谱色散系统（3）、数字微透镜阵列（4）和光谱重构系统（5），所述的狭缝（2）设置在前置光学系统（1）的后焦面上，所述狭缝（2）的缝孔方向为水平；所述的电气组件包括设置在光谱重构系统（5）后方的红外探测器（6）和与红外探测器（6）连接的微透镜编码解码系统（8），所述的微透镜编码解码系统（8）上分别连接有狭缝运动控制系统（7）和图像处理系统（9），所述的狭缝运动控制系统（7）与狭缝（2）相连接，所述的微透镜编码解码系统（8）与数字微透镜阵列（4）连接。2.一种如权利要求1所述微型红外成像光谱仪的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：a）、前置光学系统（1）将目标场景的红外辐射聚焦于狭缝（2）所在的平面上；b）、狭缝（2）选择性地透过不同水平位置的线视场；c）、光谱色散系统（3）将线视场的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智杰，王晨晟，刘兴超，赵坤，雷波，余徽，
申请(专利权)人：湖北久之洋红外系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42