一种基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统，具体涉及光谱数据测量技术领域。其解决了现有成像光谱系统的光谱分辨率能力差、存在较大的谱线弯曲和谱线色畸变，设计、加工、装调精度要求高、价格高等不足。该基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统，包括控制与信号处理模块、依次设置的前置光学系统、分光成像模块和微型滤光片与探测器模块和信号连接的信号探测与数据获取模块、数据预处理模块和信息处理单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光谱数据测量
，具体涉及一种基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统。
技术介绍
红外成像光谱技术因为其能获得不同光谱波长的系列目标红外图像，即能够同时获取目标的图像信息和光谱信息，同时也是诸多领域进行科学研究的基础设备，如航空航天遥感、地质矿藏、医药研究、农业检测、军事侦察等。成像光谱仪所采用的分光技术直接影响着仪器的结构复杂度、体积、重量及仪器性能，根据成像光谱仪的具体技术要求和应用场合选择合适的分光技术极为重要。传统的棱镜色散型或平面光栅色散型成像光谱仪均存在较大的谱线弯曲和谱线色畸变，致使成像光谱仪三维图像信息的准确提取难度增大，并且光谱分辨率较差，光谱通道有限。而基于干涉分光体制的成像光谱仪虽然分辨率等指标优秀，但也存在数据处理复杂，设计制造要求精度高，价格高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有成像光谱系统的光谱分辨率能力差、存在较大的谱线弯曲和谱线色畸变，设计、加工、装调精度要求高、价格高等不足，提出了一种简便、高效、低成本的，基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统。本专利技术具体采用如下技术方案：一种基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统，包括：控制与信号处理模块、依次设置的前置光学系统、分光成像模块和微型滤光片与探测器模块；所述前置光学系统，用于收集入射的目标红外信号，并将其会聚到分光成像模块；所述分光成像模块，包括光阑、渐变滤光片和成像物镜，所述光阑为视场光阑，所述渐变滤光片安装于圆形转盘上，用于对入射目标红外信号进行光谱分光，形成单色的红外图像；所述微型滤光片与探测器模块，包括微型滤光片和探测器组件，所述微型滤光片用于滤除杂散光，所述探测器组件用于接收红外图像，并通过上述成像物镜会聚到探测器组件上；还包括信号连接的信号探测与数据获取模块、数据预处理模块和信息处理单元；所述信号探测与数据获取模块，用于提供探测器组件工作所需的逻辑时序驱动信号，以及对探测器组件输出的模拟信号进行缓冲耦合、增益调整、采样保持和模数转换、信号采集，输出光谱图像数据；所述数据预处理模块，用于获取光谱图像数据的暗电平校正、图像非均匀性校正、辐射定标、光谱定标、数据编排的预处理，获取目标光谱图像立方数据；所述信息处理单元，对获取的目标光谱图像数据进行图像数据压缩、去噪、多波段数据融合、目标检测、分类处理，为后续数据处理及应用提供目标的红外光谱图像立方。优选地，所述前置光学系统采用改进型的卡塞格林望远镜结构，包括主镜和次镜，所述主镜和次镜均采用双曲面镜。优选地，所述渐变滤光片为线性渐变滤光片或圆形渐变滤光片。优选地，所述渐变滤光片安装在圆形转盘上，形成滤光片轮。优选地，所述探测器组件包括红外面阵探测器。优选地，所述视场光阑用于限制能够无遮挡的进入系统的最大光束直径。本专利技术具有如下有益效果：(1)基于渐变滤光片的红外成像光谱仪结构简单、体积重量轻、性能稳定可靠、环境适应性好；(2)将渐变滤光片安装在由步进电机驱动的圆形转盘上，形成滤光片轮，可方便的通过使用不同的渐变滤光片组合配置方案，实现不同的工作波段覆盖，而无需进行大改动；可通过改变工作时入射光会聚到滤光片轮的位置，更改获取光谱图像立方的光谱通道中心波长。系统具有十分灵活的工作波段和光谱通道中心波长更改性能；(3)通过从获取光谱图像数据立方中提取单个像元的光谱数据，即可获取目标某个位置的一张全光谱范围的红外谱图，可用于分析气体、固体和液体等，只通过单次测量，即可获取目标的光谱信息。附图说明图1为该基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统示意图。其中，1为前置光学系统，2为分光成像模块，3为微型滤光片与探测器模块，4为信号探测与数据获取模块，5为数据预处理模块，6为信息处理单元，7为控制与信号处理模块，8为光阑，9为渐变滤光片，10为成像物镜，11为次镜，12为主镜。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步说明：如图1所示，一种基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统，包括：控制与信号处理模块7、依次设置的前置光学系统1、分光成像模块2和微型滤光片与探测器模块3；前置光学系统1，用于收集入射的目标红外信号，并将其会聚到分光成像模块；因此需要前置光学系统设置较大的通光口径和视场角，以提高目标信号的收集能力，改善获取数据的信噪比；红外成像光谱测量通常需要覆盖3μm～5μm和8μm～14μm这两个大气窗口，且光谱范围较宽，由此选用反射式系统；经典卡塞格林系统具有结构紧凑，视场大，能校正球差等优点，但由于无法校正彗差和轴外像质较差，为解决这一问题，系统的主镜和次镜均采用双曲面镜配置。分光成像模块2，包括光阑8、渐变滤光片9和成像物镜10，光阑8、渐变滤光片9和成像物镜10依次竖直设置，光阑8为视场光阑，用于限制能够无遮挡的进入系统的最大光束直径，入射光束会聚到渐变滤光片9上。渐变滤光片9为线性渐变滤光片或圆形渐变滤光片，渐变滤光片9安装在圆形转盘上，形成滤光片轮，用于对入射目标红外信号进行光谱分光，形成单色的红外图像。成像物镜10将单色红外图像会聚到探测器组件上；微型滤光片与探测器模块3，包括微型滤光片和探测器组件，微型滤光片用于滤除杂散光，探测器组件包括红外面阵探测器，探测器组件用于接收红外图像；还包括信号连接的信号探测与数据获取模块4、数据预处理模块5和信息处理单元6；信号探测与数据获取模块4，用于提供探测器组件工作所需的逻辑时序驱动信号，以及对探测器组件输出的模拟信号进行缓冲耦合、增益调整、采样保持(S/H)和模数转换(AD)、信号采集，输出光谱图像数据；数据预处理模块5，用于获取光谱图像数据立方的暗电平校正、图像非均匀性校正、辐射定标、光谱定标、数据编排的预处理，获取目标光谱图像立方数据；信息处理单元6，对获取的目标光谱图像数据进行图像数据压缩、去噪、多波段数据融合、目标检测、分类处理，为后续数据处理及应用提供目标的红外光谱图像立方。前置光学系统1采用改进型的卡塞格林望远镜结构，包括主镜12和次镜11，主镜12和次镜11均采用双曲面镜。该系统每次能对目标的单色空间图像信息进行数据采集，然后通过转动渐变滤光片对光谱信息进行扫描，采用凝视方式获取待测目标的红外光谱图像立方数据；该测试系统可根据测试需求实现：(1)对3um～5um和8um～14um两个大气窗口的整体或部分覆盖；(2)可实现优于2％波长的光谱分辨率；(3)系统探测敏度，即噪声等效温差可优于50mk。当然，上述说明并非是对本专利技术的限制，本专利技术也并不仅限于上述举例，本
的技术人员在本专利技术的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应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】
一种基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统，其特征在于，包括：控制与信号处理模块、依次设置的前置光学系统、分光成像模块和微型滤光片与探测器模块；所述前置光学系统，用于收集入射的目标红外信号，并将其会聚到分光成像模块；所述分光成像模块，包括光阑、渐变滤光片和成像物镜，所述光阑为视场光阑，所述渐变滤光片安装于圆形转盘上，用于对入射目标红外信号进行光谱分光，形成单色的红外图像；所述微型滤光片与探测器模块，包括微型滤光片和探测器组件，所述微型滤光片用于滤除杂散光，所述探测器组件用于接收红外图像，并通过上述成像物镜会聚到探测器组件上；还包括信号连接的信号探测与数据获取模块、数据预处理模块和信息处理单元；所述信号探测与数据获取模块，用于提供探测器组件工作所需的逻辑时序驱动信号，以及对探测器组件输出的模拟信号进行缓冲耦合、增益调整、采样保持和模数转换、信号采集，输出光谱图像数据；所述数据预处理模块，用于获取光谱图像数据的暗电平校正、图像非均匀性校正、辐射定标、光谱定标、数据编排的预处理，获取目标光谱图像立方数据；所述信息处理单元，对获取的目标光谱图像数据进行图像数据压缩、去噪、多波段数据融合、目标检测、分类处理，为后续数据处理及应用提供目标的红外光谱图像立方。...

【技术特征摘要】
1.一种基于渐变滤光片的红外成像光谱测量系统，其特征在于，包括：控制与信号处理模块、依次设置的前置光学系统、分光成像模块和微型滤光片与探测器模块；所述前置光学系统，用于收集入射的目标红外信号，并将其会聚到分光成像模块；所述分光成像模块，包括光阑、渐变滤光片和成像物镜，所述光阑为视场光阑，所述渐变滤光片安装于圆形转盘上，用于对入射目标红外信号进行光谱分光，形成单色的红外图像；所述微型滤光片与探测器模块，包括微型滤光片和探测器组件，所述微型滤光片用于滤除杂散光，所述探测器组件用于接收红外图像，并通过上述成像物镜会聚到探测器组件上；还包括信号连接的信号探测与数据获取模块、数据预处理模块和信息处理单元；所述信号探测与数据获取模块，用于提供探测器组件工作所需的逻辑时序驱动信号，以及对探测器组件输出的模拟信号进行缓冲耦合、增益调整、采样保持和模数转换、信号采集，输出光谱图像数据；所述数据预处理模块，用于获取光谱图像数据的暗电平校正、图像非均匀性校正、辐射定标、光谱定标、数据编排的预处理，获取目标光谱图像立方数据；所述信息处...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘加庆，李立功，韩顺利，张志辉，刘磊，牛继勇，李志增，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37