【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光谱成像，尤其涉及编码孔径偏振光谱成像。
技术介绍
1、随着遥感技术的发展，为使空间、光谱和偏振三维信息优势互补，增强探测复杂背景中目标的能力，在现有基础上出现了集三维信息获取技能于一体的新型前沿遥感探测技术——偏振光谱成像技术。偏振光谱成像技术可以描述目标的形貌特征。
2、光谱技术是描述物体与各种波长的光相互作用的物理过程，在成像领域能获得物体的空间-光谱数据立方体，每一个像素都能提供几十到几百个连续的、带间距很窄的光谱信息。融合了偏振的偏振光谱成像具有较高的光谱分辨能力，能够反映物体的散射和反射特征，蕴含着丰富的物体信息。偏振光谱成像技术是由偏振调制模块和光谱分光模块融合而成，后两者自身工作特点决定着前者的特性。对于编码孔径偏振光谱成像系统来说，编码掩模板位置决定了该系统的编码调制方式，空间维编码是先调制再分光，光谱维编码是先分光再调制，通过结合偏振片与1/4波片或在探测端使用偏振探测器接收成像。两种编码方式都可以通过前期编码、后期解码的方式重构出完整目标图像和偏振光谱。这些年来得到了广泛的应用，在军事侦察、地球资源普查、环境卫生监测、自然灾害预报、大气探测、天文观测、机器视觉仿生、生物医学诊断等诸多领域都将具有重要的应用价值和前景。
3、近些年来，基于空间光调制器的计算光谱技术作为一种优势较大的快照式光谱成像技术已成为国内外研究热点。它可以在快照的方式下对光谱立方体进行采集，无运动部件，可以对较好对动态目标探测。将偏振技术与快照式光谱技术相结合，可以一次或多次曝光获取目标的光谱、偏振多维特
4、而随着近年来微机电系统(micro-electro-mechanical system, mems)技术的快速发展，使得数字微镜阵列dmd 替代编码错误率高、光通量低的传统机械模板和液晶空间光调制器等作为编码器件应用在编码孔径光谱成像系统中，其可以充分发挥编码孔径光谱成像系统高光通量、高信噪比的特点。
5、但是dmd不同于平面反射镜只存在一个旋转轴，其表面各个微反射镜分别绕自身旋转轴旋转，造成入射到dmd表面不同高度的光线存在光程差，继而引发了一系列的像差。如果这类系统的像差过大且不予以补偿消除的话，将会引起系统的分辨率降低，光谱通道数减少等问题，最终影响整个系统的工作效能。目前国内外针对编码孔径成像偏振光谱技术的研究主要关注点在于编码孔径算法的验证，而对于编码孔径成像偏振光谱仪光学系统成像质量尚未有深入的研究及探讨。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了解决现有光谱成像技术中由于像差导致系统的分辨率降低，光谱通道数减少等问题，提供了基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置和方法。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术一方面，提供一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，所述装置包括：面光源、物镜、数字微镜阵列dmd、准直透镜、带通滤光片、双阿米西棱镜、成像透镜、偏振探测器和计算机，所述装置还包括：平面反射镜、滑轨、电动旋转台和倾角探测器；
3、平面反射镜位于数字微镜阵列dmd与准直透镜间且位于二者光轴外侧，光线先经平面反射镜反射至dmd，在物镜后加入平面反射镜实现光轴偏移；
4、滑轨位于电动旋转台平面上，用于固定准直透镜、带通滤光片、双阿米西棱镜、成像透镜和偏振探测器，调整装调对准角度，并使多个光学元件光轴保持一致；
5、电动旋转台用于控制像面倾角，使用蜗轮蜗杆传动，标配带编码器的伺服电机，通过沙姆原理计算像面倾角输入至倾角探测器，由倾角探测器接收像面倾角并反馈至电动旋转台控制旋转角度以达到控制像面倾角进而补偿像差的目的；
6、倾角探测器位于电动旋转台上，被测方向与滑轨呈垂直关系放置，探测像面倾角并反馈探测像面倾角使电动旋转台旋转至最佳像面倾角。
7、进一步地，所述装置的工作流程包括：
8、面光源照射目标物体，目标物体的反射光通过物镜和平面反射镜后到达dmd上，实现光轴偏移，使成像透镜的像平面向后倾斜并且与dmd平面平行；
9、dmd由反射微镜阵列组成，通过编程为其加载相应的编码矩阵以控制各微镜的驱动电压，使各微镜沿各自的对角线进行翻转，从而实现每个微镜上入射光信号的选通或阻断，其响应时间为微秒级，且微镜的翻转状态可随时锁定，通过在dmd上加载设计好的编码模板，以满足对所探测波段的入射光的高速且连续的控制，完成空间维度的可编程调制编码操作；
10、经编码模板调制后的带有空间信息的可见光经过准直透镜准直后，再经过带通滤光片选择特定范围可见光波段通过后到达双阿米西棱镜进行色散，产生光谱分离移位后经成像透镜由偏振探测器接收；
11、dmd后端成像系统对准校正后固定于滑轨上，经伺服电机与圆感应同步器协同驱动电动旋转台旋转带动成像系统的旋转，电动旋转台旋转角度由倾角探测器进行测量标定，通过多次标定至像质最佳倾角。
12、进一步地，所述偏振探测器由焦平面旋光仪和传感器构成，传感器上的每个超像素由2*2微像素组成，具有四个不同的微偏振片。
13、进一步地，所述装置还包括倾角探测器装置，所述倾角探测器装置包括传感器模块、滤波电路、模数转换器adc模块、微控制单元mcu模块、数据输出模块和电源。
14、进一步地，当倾角探测器发生角度倾斜时，测量重力加速度在传感器模块的敏感轴上的分量大小，并将该加速度信号转换成模拟电压信号，该信号经模数转换器adc模块a/d采样后输送到微控制单元mcu模块中经滤波电路进行数字滤波，并换算成对应的倾角值，再经过数据输出模块输出，最后倾角探测器通过数据输出模块将倾角数据输送到倾角探测器的计算机上显示。
15、进一步地，所述平面反射镜表面与光路相垂直，平面反射镜角度的计算公式为：
16、其中，为空气折射率，为入射角度，为出射角度，入射角等于反射角。
17、第二方面，本专利技术提供一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像方法，所述方法包括：
18、步骤1：确定系统指标与器件，包括：根据系统成像初始结构，确定编码孔径偏振光谱系统空间分辨率、光谱分辨率、光谱通道数及偏振通道数；
19、步骤2：确定偏振探测器，包括：根据空间分辨率、光谱分辨率及光谱通道数，确定偏振探测器的分辨率及像元尺寸指标；
20、步骤3：分析混叠模型，包括：设计编码矩阵，建立系统各元器件的多维离散化能量传输模型，以及偏振探测器靶面获取的空间信息、光谱信息及偏振信息的二维混叠模型，解析系统中每个器件的多维离散化能量传输模型中光谱信息与偏振信息的混叠是否独立；编码后的空间、光谱和偏振二维混叠信息是本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，所述装置包括：面光源、物镜、数字微镜阵列DMD、准直透镜、带通滤光片、双阿米西棱镜、成像透镜、偏振探测器和计算机，其特征在于，所述装置还包括：平面反射镜、滑轨、电动旋转台和倾角探测器；
2.根据权利要求1所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，其特征在于，所述装置的工作流程包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，其特征在于，所述偏振探测器由焦平面旋光仪和传感器构成，传感器上的每个超像素由2*2微像素组成，具有四个不同的微偏振片。
4.根据权利要求1所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，其特征在于，所述装置还包括倾角探测器装置，所述倾角探测器装置包括传感器模块、滤波电路、模数转换器ADC模块、微控制单元MCU模块、数据输出模块和电源。
5.根据权利要求4所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，其特征在于，当倾角探测器发生角度倾斜时，测量重力加速度在传感器模块的敏感轴上的分量大小，并将该加速度信号转换成模拟电压信号，该信号
6.根据权利要求1所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，其特征在于，所述平面反射镜表面与光路相垂直，平面反射镜角度的计算公式为：
7.一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像方法，其特征在于，所述方法包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像方法，其特征在于，步骤5中，所述角度为根据Schleimphlug原理获取，获取公式为：
9.根据权利要求7所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像方法，其特征在于，步骤3中，所述分析混叠模型的建立方法为：
10.根据权利要求9所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像方法，其特征在于，第（m，n）个像素i处的强度
...【技术特征摘要】
1.一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，所述装置包括：面光源、物镜、数字微镜阵列dmd、准直透镜、带通滤光片、双阿米西棱镜、成像透镜、偏振探测器和计算机，其特征在于，所述装置还包括：平面反射镜、滑轨、电动旋转台和倾角探测器；
2.根据权利要求1所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，其特征在于，所述装置的工作流程包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，其特征在于，所述偏振探测器由焦平面旋光仪和传感器构成，传感器上的每个超像素由2*2微像素组成，具有四个不同的微偏振片。
4.根据权利要求1所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，其特征在于，所述装置还包括倾角探测器装置，所述倾角探测器装置包括传感器模块、滤波电路、模数转换器adc模块、微控制单元mcu模块、数据输出模块和电源。
5.根据权利要求4所述的一种基于像差补偿的编码孔径偏振光谱成像装置，其特征在于，当倾角探测器发生角度倾斜时，测量重力加速度在传感器模块的...
【专利技术属性】
技术研发人员：付强，赵桐，王稼禹，刘嘉楠，王琦，刘轩玮，董超，赵锐，王李勇，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：
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