[发明专利]二次声光可调滤波超光谱成像方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种二次声光可调滤波超光谱成像方法和装置，该装置可同时获取目标的图像数据和光谱数据，应用于遥感科学、农业普查、地理信息获取等领域，实现对目标的形貌及特性的识别与分析，属于光学遥感成像技术领域。

背景技术

遥感技术主要应用于地理调查、资源动态监测、农业生产情况普查等，包括目标信息的获取，遥感图像处理、目标特性的解析等内容。

超光谱成像系统是人类观测世界、认识世界的一种重要手段，传统的超光谱成像系统是依靠机械调谐技术对目标进行扫描的，其结构复杂、体积庞大、制约了超光谱成像技术的快速发展和广泛应用。二次滤波声光可调超光谱成像技术则解决了这一技术难题。

本发明之二次声光可调滤波超光谱成像装置是由光源、成像部分、二次声光可调滤波部分、BCCD和PC控制部分构成。

其光源是以太阳光作为普通光源，在取光方面较为方便。

成像光学部分是由三片无中心遮拦前置望远镜组成，该成像系统的望远系统能将远处光能量汇聚，再由远心光路将汇聚的光束以准平行方向入射到二次声光可调滤波部分上。利用两个AOTF作为二次声光可调滤波部件，光源照射待测目标的反射光束入射到AOTF₁，由AOTF₁分光，其+1级衍射光束进入到AOTF₂作为它的入射光，经过AOTF₂再次分光，其AOTF₂的+1级衍射光的光束最终入射到BCCD中，从而达到更高的分辨率，再利用BCCD来获得目标的图像信息。基于二次滤波器件的光谱成像部分可根据应用要求改变其计算机对其输入的控制的射频信号，进而灵活调节光谱分辨率，保证良好信号的前提下提高成像系统的光谱分辨率。

该装置具有无运动部件，体积小、重量轻、分辨率高、信噪比高、调谐与扫描速度快、波长稳定性好等优点。AOTF适用于在线以及现场对光谱图像采集，可应用于全方位的产品质量检测。

该装置利用BCCD作为图像接收系统，BCCD也称为背照明CCD，其优点在于噪声小和响应光谱范围优于常用的前照明CCD。

本发明是一种将光学、光谱学、精密机械、电子技术及计算机技术融于一体的新型成像技术。所涉及的基础技术及器件是成熟的，该发明是可以实现的。

发明内容

一种二次声光可调滤波超光谱成像方法和装置，其装置由光源、二次声光可调滤波部分、BCCD成像部分、PC控制与管理部分组成。本发明利用二次声光可调滤波部分作为分光部分的核心元件，根据声光相互作用原理，依靠超声波频率的灵活变化对中心光波长进行选择，使得其两个AOTF有一定的波长差，在平衡点处可以获得适合的波长差，能够得到很高的分辨率。

光源照射到物体上时，物体的反射光进入到成像系统中，采用二元光学透镜作为成像部分，它是将离轴三反射镜系统与具有二元光学透镜的变焦系统相结合，该组透镜由三片二次非球面生成的无中心遮拦的前置望远镜组成，不仅具有提高多光谱成像的集光能力，并且有利于系统的小型轻量化。这样的成像系统能够将光束准直汇聚到二次滤波部分中。

本发明之二次滤波部分的主要元件是两个AOTF，AOTF由单轴双折射晶体(通常采用的材料为TeO₂)，粘合在单轴晶体一侧的压电换能器，以及作用于压电换能器的高频信号源组成。AOTF利用了声波在各向异性介质中传播时，对入射到传播介质中的光的布拉格衍射作用，即对入射的多光谱进行分光，当压电换能器(PZT)输入的超声波入射角一定时，对应一个确定的超声波频率值，有唯一的入射光被衍射，挡掉其他部分的光，达到分光作用。改变超声波频率，声光可调滤波器衍射的光波长也相应改变，这样起到光谱扫描作用。工作过程中，计算机控制驱动器，调节驱动器来选择加载在两个AOTF的射频信号，提供给AOTF两组同光谱范围不同波长的射频信号，使其AOTF₁与AOTF₂产生波长差，满足二次滤波的需求，进而得到更窄的光谱宽度，提高了光谱成像的分辨率。