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1、10申请公布号CN101995293A43申请公布日20110330CN101995293ACN101995293A21申请号200910023715822申请日20090827G01J3/447200601G02F1/1120060171申请人中国科学院西安光学精密机械研究所地址710119陕西省西安市高新区新型工业园信息大道17号72发明人邱跃洪赵葆常李英才74专利代理机构西安智邦专利商标代理有限公司61211代理人徐平54发明名称一种基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪57摘要本发明涉及一种基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，该成像仪包括前置镜、视场光阑、准直镜、声光可调谐滤光器、成像。
2、镜、O光成像系统、E光成像系统、探测器以及探测器控制处理系统；前置镜、视场光阑、准直镜、声光可调谐滤光器、成像镜依次设置在同一光路上；成像镜后在O光光路上设置有O光成像系统以及在E光光路上设置有E光成像系统；O光成像系统与E光成像系统拼接后依次和探测器以及探测器控制处理系统相连。本发明提供了一种对图像漂移进行补偿和具备多谱段复合成像能力的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页CN101995298A1/1页21一种基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其特征在于所述基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪。
3、包括前置镜、视场光阑、准直镜、声光可调谐滤光器、成像镜、O光成像系统、E光成像系统、探测器以及探测器控制处理系统；所述前置镜、视场光阑、准直镜、声光可调谐滤光器、成像镜依次设置在同一光路上；所述成像镜后焦面上在O光像面处设置有O光成像系统、以及在E光像面处设置有E光成像系统；所述O光成像系统与E光成像系统拼接后依次和探测器以及探测器控制处理系统相连。2根据权利要求1所述的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其特征在于所述O光成像系统包括O光准直镜、O光一次转折镜、O光二次转折镜以及O光成像镜；所述O光准直镜的前焦面与成像镜后焦面重合；所述O光一次转折镜、O光二次转折镜设置于O光准直镜和O光成。
4、像镜之间。3根据权利要求2所述的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其特征在于所述O光成像系统还包括O光光楔；所述O光光楔设置于O光准直镜和O光成像镜之间的准直光路中。4根据权利要求3所述的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其特征在于所述O光光楔是单光楔或多个单光楔的组合。5根据权利要求1所述的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其特征在于所述E光成像系统包括E光准直镜、E光一次转折镜、E光二次转折镜以及E光成像镜；所述E光准直镜的前焦面与成像镜后焦面重合；所述E光一次转折镜、E光二次转折镜设置于E光准直镜和E光成像镜之间。6根据权利要求5所述的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其。
5、特征在于所述E光成像系统还包括E光光楔；所述E光光楔设置于E光准直镜和E光成像镜之间的准直光路中。7根据权利要求6所述的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其特征在于所述E光光楔是单光楔或多个单光楔的组合。8根据权利要求1至7任一权利要求所述的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其特征在于所述基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪还包括和声光可调谐滤光器电性连接的声光可调谐滤光器驱动器，所述声光可调谐滤光器驱动器是基于FPGA与DAC的结合结构或CPLD与DAC的结合结构的任意波形发生器。9根据权利要求8所述的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其特征在于所述基于像面拼接的可编程偏振超光谱。
6、成像仪还包括用于减小对O光图像和E光图像的杂光干扰的抑制零级衍射光的光学陷阱，所述光学陷阱设置在成像镜后焦面零级光像面处。10根据权利要求9所述的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪，其特征在于所述探测器是紫外探测器、可见光探测器或红外探测器；对于紫外探测器尤其是紫外CCD；对于可见光探测器，尤其是CCD、CMOS或EMCCD。权利要求书CN101995293ACN101995298A1/4页3一种基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪技术领域0001本发明涉及一种偏振超光谱成像仪，具体涉及一种基于像面拼接的、能同时获取正交偏振光谱图像信息的、具有多谱段复合成像能力的可编程偏振超光谱成像仪。背景。
7、技术0002利用光谱图像信息可以获得目标的物质组成、含量等化学特征及其空间分布信息，因而成像光谱技术在国民经济社会的各个领域具有广泛的应用前景。首先，成像光谱仪可以作为空间飞行器的有效载荷，利用其获取的光谱信息可以应用于以下领域土地资源调查矿产勘探、城市规划、城郊土地分类利用、土地沙化治理和土壤侵蚀监测等、林业林业资源调查和伐林造林监测等、生态环境监测、陆地生态研究和区域生态环境评价等、农业大面积农业资源监测、农作物产量预测、农作物长势分析预测、病虫害监测等、深空探测月球、火星等星体的矿物勘探、太阳系行星大气探测等等领域。0003其次，光谱分析技术还广泛应用于食品饮料、石油化工、纺织、临床医学。
8、等各个行业。0004偏振图像信息提供了关于目标的粗糙度、含水量、空隙度、微粒粒径等物理特征及其空间分布信息。0005偏振遥感与传统遥感相比，有许多独特之处，它可以解决普通光度学无法解决的一些问题，如云和气溶胶的粒径分布等。0006来自地物的散射光往往为线偏振光，如林冠覆盖、耕地、草场的散射光具有20以上的偏振度，泥滩和水面的反射光具有50以上的偏振度，不同地物具有不同的偏振特征，而人造目标往往具有比自然目标更强的偏振特征，利用这些偏振信息可以反演出地物目标的物理结构、水份含量、岩石中的金属含量等，监测海水污染状况，探测地面上空云分布、种类、高度及大气气溶胶粒子的尺寸分布等。0007无疑，与成像。
9、光谱技术和成像偏振技术相比，偏振超光谱成像技术可以获取更详尽、更全面的目标信息。0008成像光谱技术依分光原理可分为干涉型空间调制型、时间调制型、色散型光栅型和棱镜型和滤光型旋转滤光片、液晶可调谐滤光器LIQUIDCRYSTALTUNABLEFILTER，LCTF、声光可调谐滤光器ACOUSTOOPTICTUNABLEFILTER，AOTF等三种，每种均有其优缺点及其适用范围，其中基于声光可调谐滤光器ACOUSTOOPTICTUNABLEFILTER，AOTF的成像光谱技术具有光谱通道和光谱透过率可快速电调谐所提供的灵活性光谱通道顺序或随机调谐、多通道同时获取、智能自主光谱通道选择和获取、实现。
10、矩形光谱响应曲线等、无运动部件带来的结构紧凑性适应恶劣的力学环境、无需复杂数据处理带来的易用性以及能同时获取偏振、光谱和图像等多维信息提高目标探测和识别的能力的集成性等诸多特色，而具有广泛的应用前景。0009由于自然光经AOTF衍射后产生偏振态正交的窄带O光和E光，同时采集窄带O光和E光图像即可构成最简单和紧凑的偏振超光谱成像系统LIJENCHENG，TIENHSIN说明书CN101995293ACN101995298A2/4页4CHAO，MACKDOWDY，CLAYTONLABAW，COHNMAHONEY，GEORGEREYES，“MULTISPECTRALIMAGINGSYSTEMSUSI。
11、NGACOUSTOOPTICTUNABLEFILTER”，PROCSPIEVOL1874，PP223231，1993。但已有技术方案有以下缺陷1需要两个探测器去分别获取O光图像和E光图像，无疑使系统结构复杂，成本增加；2没有补偿AOTF调谐时引起的图像飘移，从而导致复原光谱因谱段混叠而信噪比恶化；3AOTF驱动装置采用DDS芯片，只能工作在单频模式，无法获得多频模式下多谱段复合图像。发明内容0010为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种像面可拼接、可对图像的漂移进行补偿以及可多频驱动的基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪。0011本发明的技术解决方案是本发明提供了一种基于像面拼。
12、接的可编程偏振超光谱成像仪，其特殊之处在于所述基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪包括前置镜、视场光阑、准直镜、声光可调谐滤光器、成像镜、O光成像系统、E光成像系统、探测器以及探测器控制处理系统；所述前置镜、视场光阑、准直镜、声光可调谐滤光器、成像镜依次设置在同一光路上；所述成像镜后焦面上在O光像面处设置有O光成像系统、以及在E光像面处设置有E光成像系统；所述O光成像系统与E光成像系统拼接后依次和探测器以及探测器控制处理系统相连。0012上述O光成像系统包括O光准直镜、O光一次转折镜、O光二次转折镜以及O光成像镜；所述O光准直镜的前焦面与成像镜后焦面重合；所述O光一次转折镜、O光二次转折镜设置。
13、于O光准直镜和O光成像镜之间。0013上述O光成像系统还包括O光光楔；所述O光光楔设置于O光准直镜和O光成像镜之间的准直光路中。0014上述O光光楔是单光楔或多个单光楔的组合。0015上述E光成像系统包括E光准直镜、E光一次转折镜、E光二次转折镜以及E光成像镜；所述E光准直镜的前焦面与成像镜后焦面重合；所述E光一次转折镜、E光二次转折镜设置于E光准直镜和E光成像镜之间。0016上述E光成像系统还包括E光光楔；所述E光光楔设置于E光准直镜和E光成像镜之间的准直光路中。0017上述E光光楔是单光楔或多个单光楔的组合。0018上述基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪还包括和声光可调谐滤光器电性连接的。
14、声光可调谐滤光器驱动器，所述声光可调谐滤光器驱动器是基于FPGA与DAC的结合结构或CPLD与DAC的结合结构的任意波形发生器。0019上述基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪还包括用于减小对O光图像和E光图像的杂光干扰的抑制零级衍射光的光学陷阱，所述光学陷阱设置在成像镜后焦面零级光像面处。0020上述探测器是紫外探测器、可见光探测器或红外探测器；对于紫外探测器尤其是紫外CCD；对于可见光探测器，尤其是CCD、CMOS或EMCCD。0021本发明的优点是00221、像面拼接。本发明将现有技术中两个分离的O光像面和E光像面用光学拼接装说明书CN101995293ACN101995298A3/4页。
15、5置拼接在同一个探测器感光面的不同位置，从而将现有技术中两套探测器控制处理系统合二为一，大大简化了系统结构，使得仪器体积小，重量轻，结构紧凑，抗冲击振动能力强，具有较强的航天环境适应能力。00232、图像漂移补偿。本发明分别在O光成像光路和E光成像光路之内设置有O光光楔和E光光楔，该部件的设置使得本发明可对图像漂移进行补偿，利用图像配准方式可以进一步消除图像漂移，从而提高偏振光谱复原精度和信噪比。00243、具备多谱段复合成像能力。本发明将现有的AOTF驱动器用多频驱动器替代，可以实现多谱段复合成像。附图说明0025图1为本发明结构示意图。具体实施方式0026参见图1，本发明提供了一种基于像面。
16、拼接的可编程偏振超光谱成像仪，包括前置镜2、视场光阑3、准直镜4、声光可调谐滤光器AOTF5、成像镜6、O光成像系统22、E光成像系统23、探测器18以及探测器控制处理系统19以及控制采集处理系统20；前置镜2、视场光阑3、准直镜4、AOTF5、成像镜6依次设置在同一光路上；经AOTF5衍射后通过成像镜6后在O光光路上设置有O光成像系统22以及在E光光路上设置有E光成像系统23；O光成像系统22与E光成像系统23拼接后依次和探测器18以及、探测器控制处理系统19以及控制采集处理系统20相连。0027O光成像系统22包括O光准直镜8、O光一次转折镜9、O光二次转折镜11以及O光成像镜12；O光准。
17、直镜8的前焦面与成像镜6后焦面重合；O光一次转折镜9、O光二次转折镜11设置于O光准直镜8和O光成像镜12之间。为了消除AOTF5调谐时所引起的图像漂移，O光成像系统22还包括O光光楔10；O光光楔10设置于O光准直镜8和O光成像镜12之间的准直光路中。O光光楔10是单光楔或多个单光楔的组合。0028E光成像系统23包括E光准直镜13、E光一次转折镜14、E光二次转折镜16以及E光成像镜17；E光准直镜13的前焦面与成像镜6后焦面重合；E光一次转折镜14、E光二次转折镜16设置于E光准直镜13和E光成像镜17之间。为了消除AOTF5调谐时所引起的图像漂移，E光成像系统23还包括E光光楔15；E。
18、光光楔15设置于E光准直镜13和E光成像镜17之间的准直光路中。E光光楔15是单光楔或多个单光楔的组合。0029O光光楔10和E光光楔15的光学材料色散特性应与AOTF5声光材料的色散特性相匹配，并且其设计参数应进行优化，以使声光调谐所引起的探测器18感光面上图像漂移小于十分之一像元。0030该基于像面拼接的可编程偏振超光谱成像仪还包括和AOTF5电性连接的AOTF驱动器21以及用于减小对O光图像和E光图像的杂光干扰的抑制零级衍射光的光学陷阱7，光学陷阱7设置在成像镜6后焦面零级光像面处，该AOTF驱动器21是基于FPGA与DAC的结合结构或CPLD与DAC的结合结构的任意波形发生器。0031。
19、探测器18是紫外探测器、可见光探测器或红外探测器；对于紫外探测器尤其是紫外CCD；对于可见光探测器，尤其是CCD、CMOS或EMCCD。说明书CN101995293ACN101995298A4/4页60032控制采集处理系统20设置探测器控制处理系统19的工作参数和工作模式以及AOTF驱动器21的驱动频率和驱动功率，采集探测器控制处理系统19输出的偏振超光谱数字图像，通过图像配准算法进一步消除图像漂移，通过偏振光谱复原算法获得目标场景1的偏振超光谱图像数据立方体。0033下面将结合附图给出本发明的具体实施例0034为了保证宽谱段成像质量和偏振光谱信噪比，前置镜2、准直镜4、成像镜6、O光准直镜。
20、8、O光成像镜12、E光准直镜13、E光成像镜17采用复消色差设计，保证在全谱段范围内，全系统单色光弥散圆直径小于探测器18的像元尺寸。为了充分利用AOTF5的有效孔径，准直镜4的出瞳应设置在AOTF5的中心。0035探测器18可以是紫外探测器紫外CCD、可见光探测器CCD、CMOS、EMCCD等或红外探测器。0036AOTF5作为可调谐滤光器，可以调谐AOTF5的驱动频率选择感兴趣的窄带偏振光谱。AOTF5采用非共线设计，声光材料可以是TEO2、TAS等，其输出的两路偏振态正交的O光和E光均可以分别经O光成像系统和E光成像系统获得拼接在一起的正交偏振光谱图像。0037为了抑制AOTF5出射光。
21、束中零级衍射光对一级衍射光的影响，在无用光的光路终端加光学陷阱7，以使其产生的杂散光影响尽可能小。0038该偏振超光谱成像仪得工作过程如下0039来自目标场景1的发射、反射或透射光经前置镜2收集后在其后焦面处获得一次像面。位于前置镜2像面处的视场光阑3限制成像视场范围。目标的一次像面像经前置准直镜4准直、AOTF5分光后分成O光光束和E光光束。O光光束经由O光准直镜8、O光一次转折镜9、O光光楔10、O光二次转折镜11、O光成像镜12组成的O光成像系统22形成O光光谱图像，E光光束经由E光准直镜13、E光一次转折镜14、E光光楔15、E光二次转折镜16、E光成像镜17组成的E光成像系统23形成E光光谱图像。O光光谱图像和E光光谱图像在探测器18上拼接在一起，经探测器控制处理系统19处理和控制采集处理系统20采集处理后获得O光光谱数字图像和E光光谱数字图像，采集和处理一系列谱段的O光光谱数字图像和E光光谱数字图像后，经图像配准和光谱反演后形成目标场景1的偏振超光谱数据立方体。控制采集处理系统20通过控制AOTF驱动器21输出的驱动信号频点数和频率值可以选择感兴趣的窄带偏振光谱图像或多谱段复合图像，通过控制AOTF驱动器21输出驱动信号的功率可以控制AOTF5的衍射效率。说明书CN101995293ACN101995298A1/1页7图1说明书附图CN101995293A。