[发明专利]空间二维光谱数据采集装置及采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱辐射计应用领域，特别是涉及一种傅立叶红外光谱辐射计空间二维光谱数据的采集装置及采集方法，可用于红外目标光谱成像及目标光谱分析。

背景技术

红外光谱辐射计是测量物体在红外波段发射光谱的仪器设备。通过获取物体的红外光谱辐射，可以将红外光谱分析技术应用于物体的特性分析，如确定物体红外发射光谱的峰值强度、位置和形状，分析物体，特别是气体的红外光谱吸收特性等，进而完成农业、环境、地质、石油、安全、军事等军用、民用领域众多的应用需求，如在农业、林业上实现农作物、树木的生长评估、病虫害监测，在环境应用方面实现污染监测、地质灾害监测、大规模的地物分类，在安全领域实现危险品、违禁品监测，在军事领域实现对典型军事目标的监控和打击等。

红外光谱辐射计可分为单元非成像型和成像型两类。

单元型红外光谱辐射计以系统视场为单位，每次采集一个视场内的红外光谱辐射分布数据，其数据不包含目标空间信息。单元型光谱辐射计其结构如图1所示，其突出特点是具有很宽的光谱响应范围和极低的系统噪声。

成像型红外光谱辐射计的光电传感模块由大量的单元传感器组成，每个单元传感器完成其所观测的瞬时视场的红外光谱辐射测量，由此实现空间分解的红外光谱辐射测量，获得系统总视场内的红外辐射的空间分布信息。相比单元型红外光谱辐射计，成像型红外光谱辐射计获得的数据不单包含了光谱分布信息，还包含了光谱的空间分布信息，形成了数据立方体，因而可以为实际应用提供更为丰富的信息。

成像型红外光谱辐射计可以完成数据立方体的测量，从而更好地服务于实际应用。但由于空间分辨率、成像帧频方面的限制，相比于单元型红外光谱辐射计，通常的成像型红外光谱辐射计光谱响应范围比较窄，而且光谱分辨率不高，而光谱响应范围和光谱分辨率是光谱数据所包含信息量的关键指标。

通过有规律地手动调整单元型红外光谱辐射计视场方向也可以实现目标空间的分解从而获得带空间分布信息的数据立方体，同时由于单元型红外光谱辐射计的光谱响应范围宽、光谱分辨率高，因而所得到的数据立方体包含非常丰富的目标空间信息。但这种方法存在两个问题：一是由于高性能的红外光谱辐射计是液氮制冷的，所以调整的俯仰角大小是受限制的，俯仰角过大，会使得液氮泄漏，存在安全隐患；二是这种人工的调节不能保证每次的调节严格一致，会给后续的数据处理带来问题。

由上面的分析可见，由于包含光谱分布、空间分布的红外光谱数据立方体包含大量的信息，对众多的领域的实际应用有着非常重要的意义，而现有的单元探测器型傅立叶红外光谱辐射计和红外成像光谱辐射计在采集二维空间光谱分布数据时存在着使用不便或者光谱分辨率不高等缺陷。

因此如何能创设一种既能够方便的采集空间二维光谱分布数据又具有很高的光谱分辨率的采集装置和采集方法实属当前重要的研发课题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提出一种空间二维光谱数据采集装置及采集方法，以方便的采集空间二维光谱辐射数据，得到具有较高光谱分辨率的空间二维光谱辐射数据，形成包含较高光谱分辨率的一维光谱信息和丰富的二维空间信息的数据立方体，提高光谱分辨率。

为实现上述目的，本发明提供的空间二维光谱数据采集装置，包括：光谱辐射计(1)和可见光CCD相机(2)，其特征在于光谱辐射计(1)固定在扫描平台(3)上，该扫描平台(3)在二维空间连续旋转扫描，使反射光光谱进入光谱辐射计(1)采集光谱数据。

所述的扫描平台(3)包括：两轴电控自动转台(4)、平面反射镜(5)和同步控制器(6)，该平面反射镜(5)固定在两轴电控自动转台(4)上，带动平面反射镜(5)旋转，扫描平台(3)通过同步控制器(6)与光谱辐射计(1)连接，两轴电控自动转台(4)固定在三维可调整平台(7)上。该三维可调整平台(7)包括：精密升降调整台(8)、精密平移调整台(9)和精密角位移台(10)，该三个调整台之间相互固定连接。

4.一种空间二维光谱数据采集方法，包括如下步骤：

(1)设置需要采集的二维空间的俯仰角、方位角、光谱辐射计的瞬时视场角、光谱分辨率、空间分辨率；

(2)调整固定于两轴电控自动转台上的平面反射镜，使其移动到指定位置；

(3)当平面反射镜移动到指定位置后，采集当前位置的红外光谱数据和当前视场内的可见光数据；

(4)当前位置的数据采集完成后，判断当前位置是否是最后一个位置，如果不是，则继续移动到下一个位置进行光谱数据采集；如果是最后一个位置，则表示所有位置的光谱数据采集完成；