[发明专利]一种静态横向剪切干涉光谱成像系统及方法

说明书

本发明为解决现有干涉光谱成像系统中具有扫描动件或狭缝，存在不稳定、加工难度较高和限制光通量与分辨率的问题，同时还存在探测器自身的反射光引起的“鬼像”的问题，而提供一种静态横向剪切干涉光谱成像系统及方法。该系统包括沿光路设置的前置光学准直系统、横向剪切干涉仪、傅里叶变换物镜和光电探测器；来自被测目标的反射光或辐射光经前置光学准直系统压缩准直后入射至横向剪切干涉仪，横向剪切干涉仪将准直后的入射光分束并折转光路，形成平行出射的具有横向剪切量的双光束，带有横向剪切量的双光束经傅里叶变换物镜聚焦到光电探测器的焦面上，形成干涉条纹，光电探测器记录带有被测目标信息的干涉条纹后经计算机处理形成光谱图像。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，具体涉及一种静态横向剪切干涉光谱成像系统及方法。

背景技术

光谱成像遥感探测技术的萌芽与兴起，使人类对深入研究感兴趣事物的能力得到了一次质的飞跃。光谱成像遥感探测技术经过了二十几年的高速发展，已经形成了一门颇具特色的现代化学科。光谱成像仪就是将成像及分光两者结合起来，既能得到目标的空间图像又能得到目标的光谱信息。光谱成像技术能够得到被测目标在两个维度上的空间信息和一个维度上光谱信息，根据其分光技术原理的不同，可以分为色散型、滤光片型以及干涉型。棱镜和光栅都是典型的色散型元器件，可以对宽光谱进行窄带选择，牛顿通过棱镜把太阳光分成由红色到紫色依次排列体现的是最简单的色散原理；带通滤光片阵列、线性渐变滤光片、液晶可调谐滤光器以及声光可调谐滤波器等都属于滤光片型光谱成像技术范畴，其实质也是对宽光谱进行窄带选择。在成像光谱仪的发展过程中，首先进入工程应用的是棱镜或光栅色散型成像光谱仪，但是随着科学技术的发展，特别是航空航天事业的飞速发展，人们对成像光谱仪的指标要求越来越高，主要表现在空间分辨率、光谱分辨率和对弱信号的探测能力等方面。色散型成像光谱仪由于能量利用率低，使这项技术的进一步发展受到阻碍。因此，科学家们提出了“高能量通过力”的干涉成像光谱技术，干涉型光谱成像技术是一种间接获取目标光谱信息的方法，是光谱成像技术的一个重要分支，其基本原理是利用干涉图与光谱图之间的对应关系，通过对探测器上得到的离散干涉图样实施傅里叶积分数学运算、反演得到光谱图，进而得到被测目标的光谱信息。与传统色散型光谱成像技术相比较，干涉型光谱成像技术具有波数精度高、杂散光影响较低、光谱测量范围宽以及结构紧凑等诸多优点，遂引起科学界的广泛关注。干涉光谱成像技术从分光原理可以分为多光束干涉和双光束干涉。大部分多光束干涉系统都基于Fabry-Perot干涉仪，这种类型的光谱仪可以实现较高的光谱分辨率，但是系统的视场角不大，而且系统装调难度也较高；双光束干涉是目标辐射光谱分布的傅里叶变换，两束相干光之间的光程差不断发生变化时，探测器记录干涉条纹光强的变化情况，即干涉图，然后对干涉图进行傅里叶变换得到光谱图，由于双光束干涉的光谱仪具有诸多显而易见的优点，所以其具有良好的发展基础和应用前景。