一种光谱成像装置及光谱成像反演方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种光谱成像装置及光谱成像反演方法，光谱成像装置包括依次设置的前置镜、哈达码变换编码模板、第一汇聚镜、棱镜、第二汇聚镜以及探测器：所述前置镜将目标光谱立方体辐射汇聚成平行光场，所述哈达码变换编码模板调制所述光场，所述第一汇聚镜传输调制后的所述光场至所述棱镜，所述棱镜对调制后的所述光场进行色散，所述第二汇聚镜传输色散后的所述光场至所述探测器进而成像。增加棱镜色散的编码孔径光谱成像装置的可行性，并提供多波段光谱和大面阵成像的光谱复原。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术实施例公开了，光谱成像装置包括依次设置的前置镜、哈达码变换编码模板、第一汇聚镜、棱镜、第二汇聚镜以及探测器：所述前置镜将目标光谱立方体辐射汇聚成平行光场，所述哈达码变换编码模板调制所述光场，所述第一汇聚镜传输调制后的所述光场至所述棱镜，所述棱镜对调制后的所述光场进行色散，所述第二汇聚镜传输色散后的所述光场至所述探测器进而成像。增加棱镜色散的编码孔径光谱成像装置的可行性，并提供多波段光谱和大面阵成像的光谱复原。【专利说明】
本专利技术涉及成像
，尤其涉及。
技术介绍
目前常见的光谱成像仪有色散型、干涉型、滤光片型、计算层析型和衍射光学元件型等。应用于哈达码变换(Hadamard transfer)原理的光谱仪主要是色散型,色散型又可以分为基于棱镜和光栅等形式，其中以采用光栅的色散型哈达码成像仪最为突出，如图1所示编码孔径光栅色散型光谱成像仪，通过采用具有哈达码变换性质的编码模板代替常规光谱成像仪中狭缝通光，实现多孔调制目标空间光学信息，其包括前置光学系统、哈达码变化编码模板、分光系统及数据采集系统，通过汇聚镜11将目标光场辐射汇聚成平行光场，然后经过光阑12限制杂散光，由哈达码变换编码模板13调制光路，利用衍射光栅14对光场进行色散，以及两次利用凹面反射镜15、凹面反射镜16使光学系统紧凑，最终将光谱信息成像在CO) (Charge-coupled Device,电荷I禹合元件)探测器17上。上述采用光栅的色散型成像光谱仪，所能探测到的光谱谱段数目往往受限于哈达码变换编码阶数(7阶，即7个谱段)；而且，光栅色散本身对通光调制的狭缝位置要求也很精确，采用哈达码变换模板就不可避免会引起各个波段的成像条纹光谱混叠，如不加修正和光谱复原算法相应更改，其复原结果不理想，如果采用棱镜色散，又会存在棱镜色散自身的谱线弯曲畸变以及非线性的色散效应；同时，采用的光谱复原方案都针对小区域目标光谱复原，没有针对大幅宽成像，影响哈达码成像仪应用的范围和时效性。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供，使用棱镜色散并提供多波段光谱和大面阵成像的光谱复原。本专利技术实施例的目的是通过以下技术方案实现的:一种光谱成像装置，包括依次设置的前置镜、哈达码变换编码模板、第一汇聚镜、棱镜、第二汇聚镜以及探测器:所述前置镜将目标光谱立方体辐射汇聚成平行光场，所述哈达码变换编码模板调制所述光场，所述第一汇聚镜传输调制后的所述光场至所述棱镜，所述棱镜对调制后的所述光场进行色散，所述第二汇聚镜传输色散后的所述光场至所述探测器进而成像，哈达码变换编码模板22的阶数大于等于10。一种光谱成像反演方法，对上述光谱成像装置的成像进行复原，包括:将各像元所对应的所有光谱从重叠光谱中--对应的提取出来；将各像元所对应的各光谱进行配准以及将各像元所对应的各光谱值进行标定，得到标定矩阵；根据各像元所对应的所有光谱以及标定矩阵实现光谱复原。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，基于棱镜色散的光谱复原技术，改变光栅分光的局限，增加棱镜色散的编码孔径光谱成像装置的可行性，并提供多波段光谱和大面阵成像的光谱复原技术，克服光谱复原质量低、光谱波段数少、单行或单列图像复原的缺点，适用于信息工业、生物医学、食品快速检测等民用领域所需的光谱检测需求。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为传统编码孔径光栅色散型光谱成像仪示意图。图2为本专利技术实施例提供的光谱成像装置示意图。图3为本专利技术实施例提供的光谱成像反演方法中棱镜的非线性色散曲线示意图。图4为本专利技术实施例提供的光谱成像反演方法中连续单色积分球定标示意图。图5为本专利技术实施例提供的光谱成像反演方法的流程示意图。【具体实施方式】下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提出一种基于棱镜色散的编码孔径光谱成像装置的光谱复原技术，针对类似于哈达码变换函数形式的二维编码模板对目标进行多次曝光，以及一个棱镜对编码模板调制后的光场进行色散后的光学成像进行反演解码，改变目前常见编码孔径光谱成像仪采用光栅分光的局限，增加棱镜色散的编码孔径光谱成像仪的可行性，并提供多波段光谱和大面阵成像的光谱复原新技术，克服常见编码孔径光谱成像仪光谱复原质量低、光谱波段数少、单行或单列图像复原的缺点，适用于信息工业、生物医学、食品快速检测等民用领域所需的光谱检测需求。如图2所示，本专利技术实施例提供一种光谱成像装置，包括依次设置的前置镜21、哈达码变换编码模板22、第一汇聚镜23、棱镜24、第二汇聚镜25以及探测器26:前置镜21将目标光谱立方体20辐射汇聚成平行光场，哈达码变换编码模板22调制所述光场，第一汇聚镜23传输调制后的所述光场至所述棱镜24，棱镜24对调制后的所述光场进行色散，第二汇聚镜25传输色散后的所述光场至探测器26进而成像，哈达码变换编码模板22的阶数大于等于10。可见，前置镜21将目标光谱立方体20辐射汇聚成平行光场，哈达码变换编码模板22调制所述光场输出平行光场，第一汇聚镜23汇聚调制后的所述光场至所述棱镜24，棱镜24对调制后的所述光场进行色散输出平行光场，第二汇聚镜25汇聚色散后的所述光场至探测器26进而成像。利用第一汇聚镜头进行传输光场，通过棱镜对光场进行色散，以及利用第二汇聚镜头使光学系统紧凑，最终将光谱信息成像在探测器上。其中，哈达码变换编码模板具有很多狭缝小孔(编码单元孔)，实现多孔调制目标空间光学信息，哈达码变换编码模板阶数是指各行都正交的最多行数量。哈达码变换编码模板24可以由步进电机进行驱动，每次沿着列移动一个编码单元(码元)的距离，也即每次步进一行，探测器26对应的采集一次信号，哈达码变换编码模板22移动η次后完成编码η次采集到的信号，使最终所有曝光次数所得的各幅采集图像联同具备哈达码循环矩阵属性。经哈达码变换解码等光谱复原计算后最终得到目标在各谱段的光谱图像。还有，哈达码变换编码模板22每步进一次成像时，哈达码变换编码模板22当下的编码形式是正交的函数形式。可见，哈达码变换编码模板阶数提高，其相应的光谱分割波段数就可以增加，同时增大模板本身的面积，可以实现大面阵成像，相比低阶数模板(如7阶)要实现大面阵只能靠编码单元孔增大，这样成像面积可以增大，但是成像分辨率会降低。把整个成像过程用数学矩阵表达，其成像过程的表达式为:【权利要求】1.一种光谱成像装置，其特征在于，包括依次设置的前置镜、哈达码变换编码模板、第一汇聚镜、棱镜、第二汇聚镜以及探测器: 所述前置镜将目标光谱立方体辐射汇聚成平行光场，所述哈达码变换编码模板调制所述光场，所述第一汇聚镜传输调制后的所述光场至所述棱镜，所述棱镜对调制后的所述光场进行色散，所述第二汇聚镜传输色散后的所述光场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱成像装置，其特征在于，包括依次设置的前置镜、哈达码变换编码模板、第一汇聚镜、棱镜、第二汇聚镜以及探测器：所述前置镜将目标光谱立方体辐射汇聚成平行光场，所述哈达码变换编码模板调制所述光场，所述第一汇聚镜传输调制后的所述光场至所述棱镜，所述棱镜对调制后的所述光场进行色散，所述第二汇聚镜传输色散后的所述光场至所述探测器进而成像，哈达码变换编码模板22的阶数大于等于10。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘扬阳，吕群波，相里斌，周锦松，裴琳琳，王建威，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：