[发明专利]双通道干涉型高光谱成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种双通道干涉型高光谱成像装置及方法，装置包括沿光轴方向依次设置的前置成像物镜、第一滤光片阵列、光阑、准直物镜、起偏器、第二滤光片阵列、双折射剪切器阵列、检偏器、后置成像物镜和面探测器阵列。入射光经前置成像物镜成像在光阑处，通过光阑上的两片滤光片、准直物镜，变为两束不同波段的平行光，经起偏器再经两片滤光片分别入射至相应的双折射剪切器，光束被剪切为两组不同波段且具有一定光程差的偏振光，经检偏器、后置成像物镜成像在面探测器上产生两组干涉信息，最后经光谱复原得到待测目标的光谱信息。本发明采用两组双折射剪切器以在一次推扫成像中获得两组不同剪切量的干涉图，实现双通道成像，提高了光谱分辨率。

技术领域

本发明属于光学成像探测领域，特别是一种双通道干涉型高光谱成像装置及方法。

背景技术

成像光谱技术将成像技术与光谱技术相结合，能够同时获得目标的二维空间信息和一维光谱信息，在对目标的空间特性和光谱特性地分析中有着非常重要的作用，从而可以识别出目标的种类、材质、状态等，在遥感探测、环境监测、生物医学等领域得到了重要应用。

基于成像光谱技术的光谱探测仪称为成像光谱仪。成像光谱仪最常见的为色散型成像光谱仪和干涉型成像光谱仪，色散型成像光谱仪采用棱镜或者光栅作为色散元件，直接获得目标光谱，其原理相对简单，技术相对成熟，但结构复杂度较高，光通量受到入射狭缝的限制。干涉型成像光谱仪基于傅里叶变换光谱学原理来求取目标光谱，具有高光通量、高分辨率等优点，因而受到研究者的广泛关注。干涉型成像光谱仪的基本原理为利用系统对探测目标反射的光程差实现调制并获取干涉图像，并利用干涉图与光源光谱图之间的对应关系，通过测量离散干涉图并对干涉图进行傅里叶积分变换计算，反演得到光谱图，进而得到光谱信息，从而实现光谱信息的获取。

目前的干涉型成像光谱仪研究方向以基于双折射器件的单通道成像为主。双折射器件是光谱分光调制的核心组件之一，它利用了双折射晶体的特性产生光程差，具有高通量、结构简单稳定等优势，受到越来越多研究者的关注。西安交通大学提出了一种基于Savart板的偏振干涉成像光谱仪，系统采用两块Savart平板进行光程差调制获取干涉图；美国华盛顿大学提出了数字阵列扫描干涉成像光谱仪，采用单块Wollaston棱镜实现双光束干涉，并成功进行机载实验，实现了对地面目标和大气环境的检测；西安交通大学在此基础上研制了一种基于Wollaston双折射剪切器的成像光谱仪，系统基于两块Wollaston双折射棱镜实现光程差的空间调制，入射光经过两个双折射棱镜后被分为两束幅度相等且有较小横向位移的正交偏振光束，最后在探测器上实现干涉成像。但目前此类基于双折射器件的单通道光谱成像存在的普遍问题是：单一通道下，由于双折射器件的物理特性，系统在宽波段范围内会出现随波长增大光谱分辨率降低的情况，造成在长波段下光谱分辨率不高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服现有干涉型成像光谱仪存在长波段光谱分辨率下降的不足，实现目标光谱双通道成像，并显著提升系统的光谱分辨率及成像信噪比的高光谱成像装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：双通道干涉型高光谱成像装置，包括沿光轴方向依次设置的前置成像物镜、第一滤光片阵列、光阑、准直物镜、起偏器、第二滤光片阵列、双折射剪切器阵列、检偏器、后置成像物镜和面探测器阵列；其中第一滤光片阵列位于光阑内侧；

所述第一滤光片阵列包括沿光轴对称设置的波段不同的第一滤光片、第二滤光片，第二滤光片阵列包括沿光轴对称设置的波段不同的第三滤光片、第四滤光片，位于光轴同一侧的两个滤光片的波段相同，且第一滤光片的波段小于第二滤光片的波段；双折射剪切器阵列包括沿光轴对称设置的第一双折射剪切器、第二双折射剪切器；其中，第一双折射剪切器包括两片厚度均为h₁的双折射剪切板，分别为沿光轴依次设置的第一双折射剪切板和第二双折射剪切板；第二双折射剪切器包括两片厚度均为h₂的双折射剪切板，分别为沿光轴依次设置的第三双折射剪切板和第四双折射剪切板，且h₂＞h₁。其中，第二滤光片阵列用以确保通过双折射剪切器的光来自同一波段。