[发明专利]一种共光路小型化多光谱成像系统

说明书

技术领域

本发明属于多光谱成像领域，特别是涉及一种滤光片分光式共光路小型化多光谱成像系统。

背景技术

多光谱成像系统能够同时获取目标的光谱信息和空间信息，在军事侦察中，可根据目标的反射或辐射光谱信息发现传统照相侦察系统无法发现的目标。滤光片分光式多光谱成像系统是指采用具有滤光作用的器件，如窄带滤光片、线性渐变滤光片LVF、声光可调谐滤光片AOTF等,每当滤光器件获得一帧准单色图，光谱成像系统利用推扫，及改变通光参数得到特定目标或场景的光谱和空间信息。

国外期刊SPIEVol.5787发表的一篇论文《Missionadaptablenarrowbandtunableimagingspectrometer(MANTIS):tacticalspectralsensing》中介绍的一种多光谱成像仪，该系统采用四个相同的相机作为图像接受器件，每个相机前面安装一个成像镜头，四个成像镜头完全相同，镜头前方设计有专门的滤光片接口螺纹用于与滤光片连接，系统具有多与4种不同波段的滤光片，可根据不同的工作需要进行组合选用。该多光谱成像仪的主要缺点是：每个光谱通道对应的成像镜头和相机系统构成的成像子系统相对独立，机械装调时对四个成像子系统之间的光轴一致性要求很高，一旦四个成像子系统之间的光轴存在偏差，将导致各光谱通道获得的图像无法融合。

南京理工大学申请了一个中国专利《多光谱光场相机》，该系统首先在成像主透镜的光瞳面上放置滤光片阵列，采用孔径分割的方法引入目标各个光谱段的信息；其次利用位于成像主透镜像面上的微透镜阵列对多光谱信息进行空间上的分离；并引入组合副透镜将微透镜焦平面二次转移到探测器光敏面上；最后信号处理系统对探测器得到的数据进行计算，提取得到不同波段光谱图像。该多光谱光场相机的主要缺点是：(1)整个系统结构复杂，且对探测器面阵大小有一定的要求；(2)光学器件过多，光学透过率下降，能量利用率低。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种共光路小型化多光谱成像系统。

本发明的技术方案为：

所述一种共光路小型化多光谱成像系统，其特征在于：包括成像物镜、棱镜分光系统、多光谱滤光片组合系统、探测器系统以及信号处理系统；棱镜分光系统包括三个分光棱镜；探测器系统包括四个探测器；多光谱滤光片组合系统包括四组滤光片组；

目标光束经过成像物镜入射，成像物镜的出射光束被第一分光棱镜分成第一反射光和第一透射光；第一反射光被第二分光棱镜分成第二反射光和第二透射光；第一透射光被第三分光棱镜分成第三反射光和第三透射光；第二透射光经过第一滤光片组中的某一滤光片后到达第一探测器；第二反射光经过第二滤光片组中的某一滤光片后到达第二探测器；第三透射光经过第三滤光片组中的某一滤光片后到达第三探测器；第三反射光经过第四滤光片组中的某一滤光片后到达第四探测器；四个探测器实现四路光谱信号的同时获取和记录，并将信号传输给信号处理系统，信号处理系统对探测器获取的信号进行处理和显示。

进一步的优选方案，所述一种共光路小型化多光谱成像系统，其特征在于：第一分光棱镜所镀膜层为0.4～0.6μm高通、0.6～0.8μm高反膜层；第二分光棱镜所镀膜层为0.6～0.7μm高通，0.7～0.8μm高反膜层；第三分光棱镜所镀膜层为0.4～0.5μm高通，0.5～0.6μm高反膜层。

进一步的优选方案，所述一种共光路小型化多光谱成像系统，其特征在于：多光谱滤光片组合系统包括12个不同中心波长的滤光片，各中心波长分别为482nm、490nm、500nm、532nm、546nm、560nm、650nm、670nm、680nm、710nm、730nm、760nm，其中第一滤光片组中三个滤光片中心波长为650nm、670nm、680nm，第二滤光片组中三个滤光片中心波长为710nm、730nm、760nm，第三滤光片组中三个滤光片中心波长为482nm、490nm、500nm，第四滤光片组中三个滤光片中心波长为532nm、546nm、560nm。

进一步的优选方案，所述一种共光路小型化多光谱成像系统，其特征在于：成像物镜焦距102mm，后截距110.39mm，F#为5.6，视场4°；成像物镜在0.4～0.8μm整个波段范围内，均方根弥散圆在三个视场均小于一个像元，在探测器像元对应的83线对处MTF均大于0.5，三个视场的畸变小于0.01％，所述三个视场为0视场、0.7视场和1视场。