[发明专利]基于微反射镜阵列的快照式光谱成像方法及其系统

说明书

本发明公开了一种基于微反射镜阵列的快照式光谱成像方法及其系统。来自于无穷远处的物体发出的光线通过前置成像物镜后，经位于其焦面位置的微反射镜阵列将图像切分为一系列长且窄的矩形子图像，微反射镜阵列在光谱维方向具有周期性，单个周期由一系列呈矩形状的凹球面反射镜阵列组成，各凹球面反射镜具有绕空间维方向和光谱维方向的二维旋转角度，微反射镜阵列同时将入射的汇聚光束发散，再经准直镜将发散光束准直，产生光瞳阵列，对应每一个子光瞳，准直镜后方设置对应的分光成像镜组，在像面上得到物体的二维空间信息和光谱信息。本发明提供的光谱成像系统实现了一次曝光即可获取物体完整的数据立方，适用于对快速变化和运动目标的监测。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，特别涉及一种基于微反射镜阵列的快照式光谱成像方法及其系统，可应用于快速变化场景、运动目标的监测领域。

背景技术

光谱成像技术将传统的成像技术与光谱技术相结合，能够同时获取物体的空间信息和光谱信息，即物体的数据立方，目前已在对地遥感观测、食品安全、军事侦察、医疗诊断等领域得到了广泛的应用。

目前星载或机载的对地观测设备广泛使用的是推扫式的光谱成像仪器。这类仪器在单次曝光下获取一个方向空间维信息和光谱信息，或借助卫星平台的运动或飞机的沿轨飞行获取第二个方向上的空间维信息。这类仪器本身的扫描运动对其所处的运动平台或扫描部件的精度和稳定性都有很高的要求，容易受到外部环境的影响，加大了仪器研制的难度。由于需要推扫，仪器本身无法再单次曝光内获取完整的数据立方。这类仪器在针对快速变化场景以及运动目标的光谱信息以及图像获取时，推扫过程所需的时间使得其难以准确的获取目标的图像以及光谱信息。

2009年，美国莱斯大学生物工程学院的Tomasz S. Tkaczyk等人提出了一种像映射光谱成像技术，但是该技术采用的关键器件像映射器是由一系列的平面反射镜构成，且要求前置物镜是一个像方远心的系统，不利于系统体积的小型化。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种无运动部件，能够准确获取快速变化场景或运动目标的图像信息和光谱信息的快照式光谱成像方法及其系统。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是提供一种基于微反射镜阵列的快照式光谱成像方法，包括如下步骤：

（1）来自于无穷远处的物体发出的光线经前置成像物镜到达其后焦平面上；

（2）在前置成像物镜的焦平面处设置微反射镜阵列，所述的微反射镜阵列在光谱维方向具有周期性，单个周期由若干个子反射镜组成阵列，子反射镜为矩形状的凹球面反射镜，凹球面反射镜长为10～30mm，宽为60μm～160μm；各凹球面反射镜具有绕空间维方向和光谱维方向的二维旋转角度，绕空间维方向的旋转角度为-10°～10°，绕光谱维方向的旋转角度为-10°～10°，单个周期内各凹球面反射镜的二维旋转角度不同，不同周期内相对应的凹球面反射镜的二维旋转角度相同；微反射镜阵列将得到图像切分为一系列长且窄的矩形子图像，同时将入射的汇聚光束发散；

（3）发散光束经准直镜准直后产生光瞳阵列；

（4）对应每一个子光瞳，在准直镜后方设置对应的分光元件阵列，将光束色散，产生不同波长的光束；

（5）成像镜阵列将色散后的光束成像于像平面上，得到物体的二维空间信息和光谱信息。