The invention discloses an imaging spectrometer based on diffraction effect and a high spatial resolution spectral imaging method; the imaging spectrometer includes a pre-device, a diffraction device, a collimation device, an array detection chip, a control device, a data calculation and analysis system; the imaging spectrometer controls the filter device through a control device, and detects the derivation of the same pixel element under different control conditions. The intensity of light is different from each other and is substituted into matrix equation to calculate the spectrum; more control parameters can be output by the controller to achieve higher spectral resolution; because of the large number of pixels on the array detector chip, each pixel can be used as a separate detector to treat different sub-unit areas of the imaging area. Compared with traditional imaging spectrometer, the imaging spectrometer disclosed by the invention has smaller volume, lower cost and higher performance.
【技术实现步骤摘要】
基于衍射效应的成像光谱仪及高空间分辨率光谱成像方法
本专利技术涉及一种获得空间维和光谱维丰富信息的成像光谱仪及其光谱成像方法,可用于高空间分辨率和高光谱分辨率的遥感与成像
技术介绍
成像光谱仪主要功能是在获取大量目标窄波段连续光谱图像的同时,获得每个像元几乎连续的光谱数据,因此可以获得被测目标的二维空间信息和一维光谱信息构成的数据立方体。目前成像光谱仪主要应用于高光谱航空遥感,同时也广泛应用于物证检验、军事、生物医学、安全检测等领域。便携式的小型成像光谱仪将原有的仪器各个单元模块化,调整其内部的结构,使其具有体积小、质量轻、易于携带等突出的优点,同时价格相比较传统的大型成像光谱仪而言更加低廉,这使得便携式成像光谱仪具有巨大的市场潜力。图像传感器制造工艺的提高、计算机行业的快速发展和新型光学元件的出现,使得成像光谱仪更加便携化、微型化,发展日渐成为成熟。而现有的便携式成像光谱仪多基于光栅色散方式实现光谱分光,但光栅成本较高,且在光谱测量上存在光谱分辨率与空间分辨率难以兼顾等问题。随着人们对仪器设备的要求越来越高,成像光谱仪除了做到小型化以外,还需要具备低成本、高光谱和空间分辨率等特性,以满足各种各样的应用场合。比如采用成像光谱仪对生物组织切片样本进行分析时,患癌的组织未作出疾病标识,病理学家需要通过成像光谱仪观察细胞的形状和排列,识别出组织中的癌症特征。然而实际情况往往是恶性肿瘤细胞组织较小,无法通过普通的成像光谱仪把它与正常的红血球、健康细胞组织等区分开。再如人造卫星对地面进行遥感监测时,由于人造卫星上的成像光谱仪离地面较远,普通相机所拍摄的地面 ...
【技术保护点】
1.一种基于衍射效应的成像光谱仪,其特征在于:包括前置器件、衍射器件、准直器件、阵列式探测芯片、控制器件、数据计算与分析系统;所述前置器件、衍射器件、准直器件、阵列式探测芯片沿光路方向依次设置;所述前置器件位于所述衍射器件之前,前置器件使得待测光谱成像区域内各部位所发出的一束光以固定角度分别入射到衍射器件表面的不同部位,而将其它光滤除;所述衍射器件可令入射光发生衍射效应,且相同频率相同强度的入射光射到衍射器件的不同部位后所射出光具有不同的衍射光强角分布,且不同频率相同强度的入射光射到衍射器件的相同部位后所射出光的衍射光强角分布也不同;所述准直器件设置于所述衍射器件和阵列式探测芯片之间,使得衍射器件的不同部位所射出的光分别投射在阵列式探测芯片内不同位置处的像素元;所述阵列式探测芯片包括一系列具有相同频谱响应的像素元;所述控制器件用于控制衍射器件,使得相同频率相同强度的入射光在控制器件不同控制条件下被阵列式探测芯片中的同一个像素元所探测到的强度互不相同;所述数据计算与分析系统记录每一次控制条件下各像素元所测值,通过对不同控制条件下各像素元探测到的数据进行分析处理得到待测光谱成像区域的光谱成 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于衍射效应的成像光谱仪,其特征在于:包括前置器件、衍射器件、准直器件、阵列式探测芯片、控制器件、数据计算与分析系统;所述前置器件、衍射器件、准直器件、阵列式探测芯片沿光路方向依次设置;所述前置器件位于所述衍射器件之前,前置器件使得待测光谱成像区域内各部位所发出的一束光以固定角度分别入射到衍射器件表面的不同部位,而将其它光滤除;所述衍射器件可令入射光发生衍射效应,且相同频率相同强度的入射光射到衍射器件的不同部位后所射出光具有不同的衍射光强角分布,且不同频率相同强度的入射光射到衍射器件的相同部位后所射出光的衍射光强角分布也不同;所述准直器件设置于所述衍射器件和阵列式探测芯片之间,使得衍射器件的不同部位所射出的光分别投射在阵列式探测芯片内不同位置处的像素元;所述阵列式探测芯片包括一系列具有相同频谱响应的像素元;所述控制器件用于控制衍射器件,使得相同频率相同强度的入射光在控制器件不同控制条件下被阵列式探测芯片中的同一个像素元所探测到的强度互不相同;所述数据计算与分析系统记录每一次控制条件下各像素元所测值,通过对不同控制条件下各像素元探测到的数据进行分析处理得到待测光谱成像区域的光谱成像。2.根据权利要求1所述的一种基于衍射效应的成像光谱仪,其特征在于:所述控制器件通过光调制、电调制、机械调制、磁调制、超声调制或者以上调制方法的组合,以改变衍射器件中衍射孔或衍射缝的形状、尺寸、分布、结构、介电常数、电导率或者折射率,或者改变衍射器件与阵列式探测芯片内同一个像素元之间的相对位置或者放置角度,以上控制条件改变后阵列式探测芯片中同一个像素元所探测到的光强度会发生变化。3.根据权利要求1所述的一种基于衍射效应的成像光谱仪,其特征在于:所述前置器件包括前置入射光学组件、第一凸透镜、第一小孔光阑和第二凸透镜,待测光谱成像区域所发出的光射向所述前置入射光学组件后出射的其中一束光平行于第一凸透镜和第二凸透镜的主光轴,所述第一小孔光阑间隙设置于第一凸透镜和第二凸透镜之间的共同焦点处。4.根据权利要求1所述的一种基于衍射效应的成像光谱仪,其特征在于:所述准直器件包括第三凸透镜、第二小孔光阑和第四凸透镜,所述第二小孔光阑间隙设置于第三凸透镜和第四凸透镜之间的共同焦点处,所述第三凸透镜和第四凸透镜的主光轴重合。5.根据权利要求1所述的一种基于衍射效应的成像光谱仪,其特征在于:所述衍射器件由一系列不同大小或分布的衍射孔构成,所述控制器件采用步进电机,所述步进电机通过电和机械手段旋转衍射器件,所述步进电机每次旋转衍射器件阵列式探测芯片内同一个像素元探测到的衍射光强度互不相同。6.根据权利要求1所述的一种基于衍射效应的成像光谱仪,其特征在于:所述成像光谱仪还包括设置于所述散射器件之前或之后的光波长转换部件,所述光波长转换部件包括波长转换层,所述波长转换层中包含至少一种波长转换光学材料;所述波长转换光学材料的部分或全部吸收光谱超出所述阵列式探测芯片的探测范围,发射...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨涛,彭靖骁,黄维,何浩培,
申请(专利权)人:南京邮电大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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