一种光谱成像系统技术方案

本申请实施例提供了一种光谱成像系统，该系统包括：前置成像装置、光栅色散光谱成像装置、反相滤光装置、光栅逆色散成像装置和光探测装置；前置成像装置对目标物的成像并将光线出射至光栅色散光谱成像装置；光栅色散光谱成像装置对光线处理后反射成像至反相滤光装置；反相滤装置该光线采取无滤光处理及传像后的光线发射至光栅逆色散成像装置；以及对该光线滤除目标待测光线及传像后的光线发射至光栅逆色散成像装置；光栅逆色散成像装置还用于分别对滤光处理后和无滤光处理的光线进行处理后出射至光探测装置；光探测装置，得到目标待测光线的光谱数据。本申请实施例能够在目标能量较弱的情况下得到高分辨率、高灵敏度的目标光谱信号。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱成像系统
本申请涉及光电
，具体而言，涉及一种光谱成像系统。
技术介绍
光谱成像技术获取的光谱数据立方体，包含目标的一维光谱信息和二维空间信息。在光谱颜色复制、光谱防伪鉴别、医疗、光学遥感和环境监测等领域，正在得到越来越广泛的应用。光栅色散光谱仪除具有杂散光少、波长范围宽、加工成本低和可靠性高等优点外，可有效克服棱镜色散光谱仪的工作波段范围受棱镜材料的限制，棱镜材料对光线能量具有吸收等缺点，具有较高的应用价值。传统的光栅色散光谱仪由望远系统、狭缝、准直物镜、光栅、成像物镜和CCD阵列探测器组成，由于对狭缝的像进行色散分光，在CCD阵列探测器不同位置接收不同波长的图像，当目标物能量较弱的情况下，对应的目标物的像也较弱，经过色散分光后，有些光束的能量及其微弱，导致探测器难以对这些能量极其微弱的光斑进行检测。
技术实现思路
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种光谱成像系统，以用于解决现有技术中存在的在目标能量较弱的情况下难以获得高分辨率、高灵敏度的目标光谱信号的技术问题。第一方面，本申请实施例提供了一种光谱成像系统，包括：前置成像装置、光栅色散光谱成像装置、反相滤光装置、光栅逆色散成像装置和光探测装置；所述前置成像装置，用于对目标物成像得到第一目标物像，并将成像后所述第一目标物像的第一光线折返至所述光栅色散光谱成像装置；所述光栅色散光谱成像装置，用于将所述第一光线经反射处理后按照波长进行色散并反射得到第一反射光，将所述第一反射光反射成像至所述反相滤光装置，得到第一色散像；所述反相滤光装置，用于对所述第一色散像进行无滤光处理后形成的第二光线出射至所述光栅逆色散成像装置，用于对所述第一色散像滤除目标待测光线后形成的第三光线出射至所述光栅逆色散成像装置，所述目标待测光线为所述第一色散像中一个设定波长区间对应的光线；所述光栅逆色散成像装置，用于对所述第二光线反射处理后逆色散合光并反射得到第二反射光，将所述第二反射光反射成像至所述光探测装置得到第二目标物像，用于对所述第三光线反射处理后逆色散合光反射得到第三反射光，将所述第三反射光反射成像至所述光探测装置得到第三目标物像；所述光探测装置，用于基于所述第二目标物像得到第一光谱数据，基于所述第三目标物像得到第二光谱数据，以及基于所述第一光谱数据和所述第二光谱数据得到所述目标待测光线对应的光谱数据。结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述前置成像装置包括成像物镜、入射狭缝和平面折转镜，所述入射狭缝，设置于所述成像物镜的像面上；所述成像物镜，用于将所述目标物成像于所述入射狭缝上，形成所述第一目标物像；所述平面折转镜，用于将所述第一目标物像发出的所述第一光线折返至所述光栅色散成像装置。结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述光栅色散光谱成像装置包括第一主球面反射镜、第一次球面反射镜和第一凸球面光栅，所述第一主球面反射镜、第一次球面反射镜和第一凸球面光栅为同心设置；所述第一主球面反射镜，用于将所述前置成像装置中发出的第一光线反射至所述第一凸球面光栅上；所述第一凸球面光栅，用于将所述第一光线按照不同波长进行色散，并将色散后的光线反射后得到所述第一反射光，将所述第一反射光出射至所述第一次球面反射镜上；所述第一次球面反射镜，用于将所述第一反射光反射并成像至所述反相滤光装置上得到所述第一色散像。结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，所述反相滤光装置包括反相滤光器件，所述反相滤光器件设置于所述光栅色散光谱成像装置形成的所述第一色散像的像面上。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述反相滤光器件为逐行控制光线透过的液晶空间光调制器或DMD数字微镜，其限制光线透过的行像元方向与前置成像装置中入射狭缝的长度方向一致，与所述第一色散像中的色散方向垂直；或者，所述反相滤光器件为位置可控的细丝，其在孔径光阑平面内沿前置成像装置中入射狭缝的色散方向运动，所述细丝的长度方向与入射狭缝的长度方向一致，与所述第一色散像中的色散方向垂直。结合第一方面，本身实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述光栅逆色散成像装置包括第二主球面反射镜、第二次球面反射镜和第二凸球面光栅，所述第二主球面反射镜、第二次球面反射镜和第二凸球面光栅为同心设置；所述第二次球面反射镜，用于将无滤光的所述第二光线和第三光线反射至所述第二凸球面光栅上；所述第二凸球面光栅，用于将所述第二光线逆色散合光，并将合光后的光线反射得到所述第二反射光，将所述第二反射光出射至所述第二主球面反射镜上，用于将所述第三光线逆色散合光，并将合光后的光线反射得到所述第三反射光，将所述第三反射光出射至所述第二主球面反射镜上；所述第二主球面反射镜，用于将所述第二反射光反射成像至所述光探测装置得到第二目标物像，用于将所述第三反射光反射成像至所述光探测装置得到第三目标物像。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，所述光栅逆色散成像装置和光栅色散光谱成像装置空间对称设置，所述光栅逆色散成像装置和光栅色散光谱成像装置的共有球心所在平面与所述入射狭缝所在平面重合；所述反相滤光装置设置于所述光栅逆色散成像装置的物面上；所述光栅逆色散成像装置的像面与所述入射狭缝在所述平面折转镜中成像后的像面重合。结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，所述光探测装置包括光探测器和数据处理器；所述光探测器，用于将所述第二目标物像的光信号转换为对应的第一电信号，并将所述第一电信号发送至所述数据处理器，用于将所述第三目标物像的光信号转换对应的第二电信号，并将所述第二电信号发送至所述数据处理器；所述数据处理器，用于基于所述第一电信号得到所述第一光谱数据，基于所述第二电信号得到所述第二光谱数据，以及对所述第一光谱数据和所述第二光谱数据作差后得到所述目标待测光线对应的光谱数据。结合第一方面的第七种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，所述光探测器为线阵探测器，其位于所述光栅逆色散成像装置的像面上。与现有技术中相比，本申请实施例提供的光谱成像系统，通过反相滤光装置和光栅逆色散成像装置，分别使得光探测装置获得到目标物的光谱数据以及得到滤除目标待测光线后的目标物的光谱数据，这样，通过将这两个光谱数据作差就可以精确得到目标待测光线的光谱数据，当目标待测光线很弱时，通过直接获取目标待测光线并不容易较为精确地得到该目标待测光线的光谱数据，但是本申请实施例通过直接获得的目标物的光谱数据以及得到滤除目标待测光线后的目标物的光谱数据，再间接获得目标物光线中的目标待测光线，这里目标待测光线是通过反相滤光装置滤除的第一色散像的一个波段范围，即使该波段范围的光线很微弱，依然可以通过间接的方法确定其光谱数据，所以较现有技术，该光谱成像系统能够提高对目标物进行光谱检测的灵敏度。为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱成像系统，其特征在于，包括：前置成像装置、光栅色散光谱成像装置、反相滤光装置、光栅逆色散成像装置和光探测装置；所述前置成像装置，用于对目标物成像得到第一目标物像，并将成像后所述第一目标物像的第一光线折返至所述光栅色散光谱成像装置；所述光栅色散光谱成像装置，用于将所述第一光线经反射处理后按照波长进行色散并反射得到第一反射光，将所述第一反射光反射成像至所述反相滤光装置，得到第一色散像；所述反相滤光装置，用于对所述第一色散像进行无滤光处理后形成的第二光线出射至所述光栅逆色散成像装置，用于对所述第一色散像滤除目标待测光线后形成的第三光线出射至所述光栅逆色散成像装置，所述目标待测光线为所述第一色散像中一个设定波长区间对应的光线；所述光栅逆色散成像装置，用于对所述第二光线反射处理后逆色散合光并反射得到第二反射光，将所述第二反射光反射成像至所述光探测装置得到第二目标物像，用于对所述第三光线反射处理后逆色散合光反射得到第三反射光，将所述第三反射光反射成像至所述光探测装置得到第三目标物像；所述光探测装置，用于基于所述第二目标物像得到第一光谱数据，基于所述第三目标物像得到第二光谱数据，以及基于所述第一光谱数据和所述第二光谱数据得到所述目标待测光线对应的光谱数据。...

【技术特征摘要】
1.一种光谱成像系统，其特征在于，包括：前置成像装置、光栅色散光谱成像装置、反相滤光装置、光栅逆色散成像装置和光探测装置；所述前置成像装置，用于对目标物成像得到第一目标物像，并将成像后所述第一目标物像的第一光线折返至所述光栅色散光谱成像装置；所述光栅色散光谱成像装置，用于将所述第一光线经反射处理后按照波长进行色散并反射得到第一反射光，将所述第一反射光反射成像至所述反相滤光装置，得到第一色散像；所述反相滤光装置，用于对所述第一色散像进行无滤光处理后形成的第二光线出射至所述光栅逆色散成像装置，用于对所述第一色散像滤除目标待测光线后形成的第三光线出射至所述光栅逆色散成像装置，所述目标待测光线为所述第一色散像中一个设定波长区间对应的光线；所述光栅逆色散成像装置，用于对所述第二光线反射处理后逆色散合光并反射得到第二反射光，将所述第二反射光反射成像至所述光探测装置得到第二目标物像，用于对所述第三光线反射处理后逆色散合光反射得到第三反射光，将所述第三反射光反射成像至所述光探测装置得到第三目标物像；所述光探测装置，用于基于所述第二目标物像得到第一光谱数据，基于所述第三目标物像得到第二光谱数据，以及基于所述第一光谱数据和所述第二光谱数据得到所述目标待测光线对应的光谱数据。2.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述前置成像装置包括成像物镜、入射狭缝和平面折转镜，所述入射狭缝，设置于所述成像物镜的像面上；所述成像物镜，用于将所述目标物成像于所述入射狭缝上，形成所述第一目标物像；所述平面折转镜，用于将所述第一目标物像发出的所述第一光线折返至所述光栅色散成像装置。3.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述光栅色散光谱成像装置包括第一主球面反射镜、第一次球面反射镜和第一凸球面光栅，所述第一主球面反射镜、第一次球面反射镜和第一凸球面光栅为同心设置；所述第一主球面反射镜，用于将所述前置成像装置中发出的第一光线反射至所述第一凸球面光栅上；所述第一凸球面光栅，用于将所述第一光线按照不同波长进行色散，并将色散后的光线反射后得到所述第一反射光，将所述第一反射光出射至所述第一次球面反射镜上；所述第一次球面反射镜，用于将所述第一反射光反射并成像至所述反相滤光装置上得到所述第一色散像。4.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述反相滤光装置包括反相滤光器件，所述反相滤光器件设置于所述光栅色散光谱成像...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉玉生，胡晓婕，刘艳星，金杨，黄敏，徐艳芳，
申请(专利权)人：北京印刷学院，
类型：发明
国别省市：北京,11