[发明专利]一种多光谱三维成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种多光谱三维成像系统。

背景技术

在空间载体中装上各种有效的传感器来获取地球或其它星球面、周围大气及地表下有限深度的信息，再采用数据处理技术，从而得到人们所需要的信息，这一整套技术称之为空间遥感。目前所使用的传感器已不下百种，其波段由X射线、真空紫外、可见光、近红外、远红外一直到微波波段。

多光谱成像技术是上世纪60年代初期出现的一种遥感技术，其波段范围及波段数的选择与应用目标直接相关，通过获得地物几个或更多波段的光谱信息，实现目标空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，能够提高对目标特性的综合探测感知与识别，极大地扩展了遥感探测技术的目标分辨、监测能力。

三维立体成像技术的研究在国际上始于八十年代初期，随后广泛应用于城市高程信息提取、森林覆盖或困难地区的地形测绘、DTM获取、海洋测深和环境监测等方面，它同微波合成孔径雷达、光谱成像技术一起成为目前空间遥感中最主要的信息获取手段。

在80年代，德国首先开展了MEOSS试验,随后制定了MOMS-01和MOMS-02计划,研制多光谱成像系统和多相机立体成像系统。日本在其发射的地球资源卫星1号上装载的光学传感器系统,包括微波合成孔径雷达、多光谱扫描成像设备和立体成像设备,立体成像设备的地面分辨率的设计指标为18m。法国在SPOT-4计划中,要在卫星上装两套与航向垂直的方向形成立体图像的高几何分辨率的立体成像设备，其地面分辨率可达5m。

显然在遥感平台中，为了全方位获取精确的目标信息，一般会同时搭载多个不同功能的光学载荷，常见的包括立体相机、多光谱相机和偏振成像仪等。其中，立体相机用于获取目标的高分辨率三维立体信息，成像光谱仪用于探测目标的物化属性信息，偏振成像仪用于判别目标的纹理特征属性。这种积木组合型的遥感方式具有显而易见的缺点。首先，多个载荷的组合结构降低了整个载荷系统的稳定性，同时也会引起体积和重量上的成倍累积，从而增加了遥感平台的搭载负荷；其次，不同光轴的载荷相互之间具有视角上的偏差，这在后续的数据处理中需要对每个载荷的图像进行视角校正和配准，不可避免的会增加多种遥感信息之间的融合误差，降低探测目标的识别率；最后，某些特定载荷如成像光谱仪或偏振成像仪本身在原理上决定了其需要采用推扫或凝视成像的方式，这对飞行平台的稳定性提出了非常高的要求，同时也限制了飞行器自身的飞行路线和飞行姿态。

传统遥感成像技术的这些限制不仅影响了光电载荷本身的进一步应用，同时在一定程度上也制约了飞行器本身的发展方向。

近年来，飞机作为最主要的航空遥感平台，逐渐向轻小、快速、灵活、智能型的无人机方向发展，这就对遥感载荷提出了新的需求：不仅要在体积和重量上满足飞机的搭载能力，同时要在应用环境上适应平台稳定性和飞行姿态变化，还要在侦察性能上具有较高的目标识别能力。因此，为了适应新型遥感平台的快速发展和搭载需求，光学成像遥感器的高集成度、小型化、轻量化受到高度重视，急需研究与飞行器同步应用的新型光电载荷技术。但是目前还没有出现一种能够同时实现目标多光谱信息和立体三维信息同时获取的遥感仪器。

发明内容

本发明的目的是提供一种多光谱三维成像系统，具有对目标三维立体信息和光谱特性综合探测的能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多光谱三维成像系统，包括：成像物镜以及三个相同结构的多光谱面阵探测器；其中：

所述成像物镜实现目标成像的功能；三个多光谱面阵探测器分别前视、直视和后视放置，利用遥感平台的运动，自动实现在航向方向的扫描，获取目标三个视角的图像信息，再通过后续的重构和处理操作，来得到地面的立体图像；

每一多光谱面阵探测器均由滤光片阵列及面阵探测器组成；滤光片阵列放置在面阵探测器靶面前，滤光片阵列的每个条带滤光膜只能通过相应谱段的图像，不同视场经过各个条带滤光膜滤波，在面阵探测器上获取的是相应视场的不同光谱信息；对于单个多光谱面阵探测器，利用遥感平台飞行推扫，边缘视场移动至面阵探测器的像面中心，再次曝光将获取该目标的另外一个谱段信息，从而获得目标各个谱段的完整数据。

得到地面的立体图像的计算过程包括：

首先，对三个多光谱面阵探测器分别进行对应的多帧图像视场拼接，就能获取目标各谱段的完整的前视、直视和后视三种图像信息；

根据立体测绘中的共线方程：