适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件，该编码孔径组件由编码孔径模板和微透镜阵列组成，编码孔径模板中的各个透光孔设计采用水平色散编码方式，以n

【技术实现步骤摘要】
适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件


[0001]本专利技术属于光谱成像
，涉及一种编码孔径组件，具体为一种适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件。

技术介绍

[0002]光谱成像技术可以同时获得目标场景的二维空间信息与一维光谱信息，生成一个图谱合一的“图像立方体”。传统的光谱成像技术常需要通过稳定扫描、凝视观察方式实现光谱成像，很难实现目标的光谱成像实时侦察。此外扫描、凝视式光谱成像方法仅适用于探测静止目标或缓慢移动物体，不适用于工作在光照变化、大气扰动等复杂条件下，难以探测动态运动目标。编码孔径光谱成像技术作为实时光谱成像技术的一种，可以实现非超静稳平台的动态目标的实时光谱成像探测，被广泛应用于遥感探测、矿物勘察、环境监测、生物医学、军事侦察等领域。目前，编码孔径光谱成像技术主要有三种：基于压缩感知的编码孔径光谱成像技术、基于多通道探测的Hadamard编码光谱成像技术、离散采样编码色散光谱成像技术。
[0003]SPIEVol.8374发表了一篇“Video
‑
RateChemicalIdentificationand VisualizationwithSnapshotHyperspectralImaging”的论文，文章中论述的快照式光谱成像Hyper
‑
pixelArray(HPA)相机，包括一个望远光学系统、一个编码孔径阵列、一个准直镜、一个棱镜、一个聚焦镜、一个FPA探测器。基于离散采样编码色散光谱成像原理，望远光学系统将远处场景(聚焦)成像到空间采样场景的编码孔径阵列。各个编码小孔的场景通过准直镜并行通过棱镜，经过棱镜色散后，重新成像到探测器的焦平面阵列上。该设计允许整个数据立方体映射到焦平面上，并以视频帧速率或更快地读出。HPA设计的关键技术之一是编码孔阵列设计，棱镜将每个编码孔图像色散成构成光谱。编码孔平面的网格图像旋转了一个小角度，以确保在相邻光谱之间至少分离2个探测器像素。旋转倾斜阵列16
°
允许光谱不重叠地扩散20个像元。但其存在以下两个缺陷：(1)旋转16
°
倾斜色散，使得在FPA表面色散常产生跨像素色散，探测器采集信号分散，极大降低了色散条带的信噪比。(2)16
°
旋转倾斜要求色散棱镜倾斜设计装调，增加了技术难度，不利于工程实际应用。
[0004]SPIEVol.22,No.16发表了一篇“Advancedhyperspectralvideo imagingsystemusingAmiciprism”的论文，文章中论述的先进高光谱视频成像系统(AdvancedHyperspectralVideoImagingSystem:AHVIS)，包括一个成像物镜、一个编码板、一个中继镜、一个Amici棱镜、两个相机。一路利用灰度相机捕获光谱视频流，一路利用RGB相机捕获高空间分辨率的彩色视频，通过视频同步校准，采用实时光谱传播算法将两路信息进行融合，最终获得即具有高空间分辨率又具有高光谱分辨率的3D光谱数据立方体。但文章中未提及编码板设计，编码板实现方法不详。

技术实现思路

[0005](一)专利技术目的
[0006]本专利技术的目的是：提供一种编码孔径占空比大、光能利用率高、信噪比强的适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件，包括编码孔径模板2
‑
1和微透镜阵列2
‑
2。
[0009]其中，所述编码孔径模板2
‑
1为矩形，尺寸为p
h
和p
w
，编码孔径模板边缘空白尺寸为m
h
和m
w
；编码孔径模板中共有n
mh
乘以n
mw
个子单元，子单元之间按照q
h
和q
w
的间距尺寸排布；每个子单元内包含n
h
行
×
n
w
列的错位编码透光孔，透光孔为矩形，尺寸为a
h
和a
w
，各个透光孔设计为水平色散编码方式；
[0010]其中，所述微透镜阵列2
‑
2由多个微透镜组成，微透镜阵列2
‑
2中的各个微透镜的排布位置与编码孔径模板2
‑
1中的各个透光孔相互匹配。
[0011]其中，所述编码孔径模板的设计方法如下：
[0012](1)输入子单元图案排列形式n
h
行
×
n
w
列，编码边缘空白尺寸为m
h
和m
w
，透光孔尺寸a
h
和a
w
，光谱色散条带水平尺寸L，两行之间的竖直净间距尺寸为c
h
，子单元竖直数目n
mh
，子单元水平数目n
mw
；
[0013]其中，n
h
为子单元内竖直方向上透光孔的个数，n
h
＝1、2、3、
…
，
[0014]n
w
为子单元内水平方向上透光孔的个数，n
w
＝1、2、3、
…
；m
h
表示编码孔径模板左上角第一个透光孔的左上角距编码孔径模板左上角顶点O(0,0)的竖直距离尺寸和编码孔径模板右下角最后一个透光孔对应的色散条带的右下角距编码孔径模板右下角B点的竖直距离尺寸，m
h
＝1、2、3、
…
；m
w
表示编码孔径模板左上角第一个透光孔的左上角距编码孔径模板左上角顶点O(0,0)的水平距离尺寸和编码孔径模板右下角第一个透光孔对应的色散条带的右下角距编码孔径模板右下角B点的水平距离尺寸，m
w
＝1、2、3、
…
；透光孔为矩形，尺寸为a
h
和a
w
，a
h
表示透光孔竖直方向的尺寸，a
h
＝1、2、3、
…
；a
w
表示透光孔水平方向的尺寸，a
w
＝1、2、3、
…
；光谱色散条带水平方向尺寸L，L＝1、2、3、
…
；c
h
为子单元内部相邻透光孔竖直净间隔尺寸，c
h
＝1、2、3、
…
；n
mh
为子单元竖直方向数目，n
mh
＝1、2、3、
…
；n
mw
为子单元水平方向数目，n
mw
＝1、2、3、
…
；
[0015](2)计算编码孔径模板一行内前透光孔色散条带尾端与后透光孔的净间距本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件，其特征在于，包括编码孔径模板(2
‑
1)和微透镜阵列(2
‑
2)，所述编码孔径模板(2
‑
1)上形成有多个透光孔，各个透光孔采用水平色散编码方式设置，以n
h
行
×
n
w
列的错位编码子模块形成一个子单元；微透镜阵列(2
‑
2)包括多个微透镜，各个微透镜的排布位置与编码孔径模板(2
‑
1)中的各个透光孔相互匹配，将透光孔周围区域的辐射通量聚焦到透光孔中心。2.如权利要求1所述的适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件，其特征在于，所述编码孔径模板(2
‑
1)为矩形，边缘为空白。3.如权利要求2所述的适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件，其特征在于，所述透光孔为矩形。4.如权利要求3所述的适用于高光谱视频成像的大通量编码孔径组件，其特征在于，所述编码孔径模板的各参数确定过程如下：(1)定义编码孔径模板(2
‑
1)尺寸为p
h
和p
w
，边缘空白尺寸为m
h
和m
w
，子单元图案排列形式n
h
行
×
n
w
列，形成n
mh
乘以n
mw
个子单元，子单元之间按照q
h
和q
w
的行列间距尺寸排布，透光孔尺寸a
h
和a
w
，光谱色散条带水平尺寸L，两行之间的竖直净间距尺寸为c
h
，子单元竖直数目n
mh
，子单元水平数目n
mw
；其中，n
h
为子单元内竖直方向上透光孔的个数，n
h
＝1、2、3、
…
，n
w
为子单元内水平方向上透光孔的个数，n
w
＝1、2、3、
…
；m
h
表示编码孔径模板左上角第一个透光孔的左上角距编码孔径模板左上角顶点O(0,0)的竖直距离尺寸和编码孔径模板右下角最后一个透光孔对应的色散条带的右下角距编码孔径模板右下角B点的竖直距离尺寸，m
h
＝1、2、3、
…
；m
w
表示编码孔径模板左上角第一个透光孔的左上角距编码孔径模板左上角顶点O(0,0)的水平距离尺寸和编码孔径模板右下角第一个透光孔对应的色散条带的右下角距编码孔径模板右下角B点的水平距离尺寸，m
w
＝1、2、3、
…
；a
h
表示透光孔竖直方向的尺寸，a
h
＝1、2、3、
…
；a
w
表示透光孔水平方向的尺寸，a
w
＝1、2、3、
…
；L＝1、2、3、
…
；c
h
为子单元内部相邻透光孔竖直净间隔尺寸，c
h
＝1、2、3、
…
；n
mh
为子单元竖直方向数目，n
mh
＝1、2、3、
…
；n
mw
为子单元水平方向数目，n
mw
＝1、2、3、
…
；(2)计算编码孔径模板一行内前透光孔色散条带尾端与后透光孔的净间距尺寸：c
w
＝k
×
n
h
‑
L％n
h
，k为色散条带尾端与后透光孔净间距调节系数，k＝1、2、
…
，L％n
h
表示L除以n
h

【专利技术属性】
技术研发人员：高泽东，孟合民，丁娜，吴江辉，袁良，程洪亮，王曼，朱院院，陈卓，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：