[发明专利]一种基于液晶光阀技术的多光谱成像仪

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像技术，尤其涉及一种基于液晶光阀技术的多光谱成像仪。

背景技术

目前，光谱成像技术是将光学成像技术和光谱分析技术相结合而得到的一种成像技术，利用光谱成像技术可以获得目标的二维空间图像和一维光谱曲线。获取的二维空间图像和一维光谱曲线能综合反映出被测物体的几何影像和理化属性，所以利用光谱成像技术可以对目标的特征进行精确感知和识别，该技术在在航空航天遥感、工农业检测、环境监测和资源探测等领域得到了十分广泛的应用。

根据分光原理的不同，可以将成像光谱仪分为色散型光谱仪、干涉型光谱仪和滤光型光谱仪三个种类。目前，常用的色散型成像光谱仪一般利用棱镜或光栅对光线的横向色散作用，将不同波长的光线沿着焦平面中的一个方向进行分离，色散型成像光谱仪具有结构简单、光谱分辨率较高的优点，但是由于系统中存在狭缝，其能量利用率低、仪器灵敏度低；常用的干涉型成像光谱仪是将目标所发出的光线剪切成两束相干的光线，两束相干光经过不同的物理路径并最终干涉成像在探测器上，两束相干光具有一定的光程差，可以形成干涉图，通过对干涉图进行傅里叶变换的方法可以获取目标的光曲线，干涉型成像光谱仪具有高通量的优点，但是光谱曲线复原精度受到诸多因素的制约；滤光型成像光谱仪是通过滤光片系统，在某一时刻或探测器的某一区域获取目标某一种波长的图像，通过更换滤光片或者是对探测器上不同区域图像的重构来获取目标的光谱数据立方体，色散型成像光谱仪具有结构简单的优点，但能量不足往往会限制其应用的范围。

如图1所示为现有技术中基于微透镜阵列的多光谱成像技术示意图，其中：前置光学系统的主面、入瞳与滤光片阵列放置的位置相互重合。参照图1，成像目标经过前置光学系统后成像在微透镜阵列之上，也即成像目标、与微透镜阵列通过前置光学系统物像关系，其中目标点所在平面为物面，微透镜阵列面为像面；目标所发出的光线经过滤光片阵列之后被分解成多个子孔径，每一个子孔径对应于滤光片阵列的某一波长的滤光片，子孔径的数目由滤光片阵列的组成单元数目确定，各子孔径与探测器上的像元之间存在一一对应的关系。通过滤光片后的光线在微透镜阵列上汇聚到一点，对于单个微透镜来说，滤光片阵列可看成其物面，探测器平面可看滤光片阵列经过微透镜之后成像的像面，滤光片阵列经过一个微透镜之后在探测器的对应区域上得到与滤光片单元数目相同的、相互分离的多谱段图像。在这种结构中，滤光片阵列一旦制成并完成装配，进入光学系统的光的波长就是固定的，而且带宽也不能进行调整，一种仪器一般只能应用于特定的领域。

由上可见，上述现有的多光谱成像技术中滤光片阵列采用镀膜的方法来实现，镀膜后的滤光片阵列其中心波长以及带宽均是固定的，如果要获取其他波段的图像或改变带宽则需要更换滤光片阵列，这不利于需要获取多种谱段信息的应用领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于液晶光阀技术的多光谱成像仪，采用液晶光阀阵列取代滤光片阵列，对所选择的波长与带宽实现编程化控制，可更好的满足各种应用领域。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于液晶光阀技术的多光谱成像仪，所述多光谱成像仪包括液晶光阀阵列、前置光学系统、微透镜阵列、探测器和液晶光阀控制模块，其中：

所述液晶光阀阵列放置在所述前置光学系统的主面位置上；

成像目标与所述微透镜阵列通过所述前置光学系统满足物像关系：其中，l₁为成像目标与和所述前置光学系统主面之间的距离，l′₁为所述微透镜阵列与所述前置光学系统主面之间的距离，f₁是所述前置光学系统的焦距；

所述前置光学系统的主面与所述探测器通过所述微透镜阵列满足物象关系：其中，l₂为所述前置光学系统主面与所述微透镜阵列的距离，l′₂为所述微透镜阵列与所述探测器之间的距离，f₂是所述微透镜阵列单个透镜的焦距；

所述液晶光阀控制模块实现对所述液晶光阀阵列中心波长的编程化控制。

所述液晶光阀阵列、前置光学系统的主面位置以及入瞳位置相互重合。

通过所述液晶光阀阵列将所述成像目标分解为多个波段不同的子孔径。

所述探测器为电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体或胶片。

一种基于液晶光阀技术的多光谱成像系统，所述系统包括前置望远镜模块、如权利要求1所述基于液晶光阀技术的多光谱成像仪、多光谱图像重构模块以及多光谱图像合成模块，其中：