[发明专利]一种可实现高精度波段配准的声光画幅式成像光谱仪

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种可实现高精度波段配准的声光画幅式成像光谱仪，属于光谱遥感仪器领域，能够提高搭载平台不稳定情况下获取的时序串行光谱图像波段配准精度，从而缓解波段配准对平台稳定性的要求。

背景技术

声光画幅式成像光谱仪采用声光可调谐滤波器（Acousto-optic Tunable Filter,AOTF）作为分光器件，具有波段调谐快，无运动部件，可靠性好，体积小巧等特点，在军事侦察和环境监测等领域应用前景十分广泛。但从原理上由于声光成像光谱仪瞬间对全画幅视场滤出某一个波段图像，在获取全波段图像时需要一定的时间以完成扫描。因此，相比于光栅/干涉推扫式成像光谱仪，其搭载平台的不稳定将导致按时序方式获取的光谱维图像会产生形变、旋转和平移，使得各波段图像上同一像素点对应于不同地物，即产生光谱失配。利用这些未经校正的数据进行光谱复原时就会产生失真，最终影响地物类型的诊断和定量反演精度。

不断提高的光谱分辨率和空间分辨率是成像光谱探测技术发展的必然趋势。然而，波段数的增加导致声光成像光谱仪数据获取时间延长，空间分辨率的提高导致各波段图像的形变、旋转和平移量增大，因此对平台稳定性提出了更高的要求，使波段配准的难度加大，成为限制声光画幅式成像光谱仪应用的技术瓶颈。

虽然处理原始失配数据的高精度波段配准方法不断涌现，在一定程度上缓解了画幅式成像光谱仪对搭载平台稳定性的依赖，但要实现自动高精度光谱配准有一定难度。例如人工选择图像控制点的方法配准精度高，但人工干预实现高光谱海量数据配准费时费力，且当控制点无明显特征时配准精度下降；自动高精度亚像元配准算法多是利用图像的相似、相关性实现的，待配准图像与配准图像的相似度越高，则配准精度越高。而声光成像光谱仪获取的各波段图像差异较大、相关性不高，而且首尾波段信噪比较低，直接对这些数据进行相似/相关配准要达到高配准精度难度很大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有声光画幅式成像光谱仪在平台不稳定情况下波段失配的不足，在不明显增加系统复杂度的条件下，提供一种可实现高精度波段配准的声光画幅式成像光谱仪。

本发明的技术解决方案是：一种可实现高精度波段配准的声光画幅式成像光谱仪，其包括：

前置光路：位于成像光谱仪的最前端，用于收集外界自然光。

偏振片：位于前置光路之后，用于实现入射光束的起偏。

声光可调谐滤波器：位于偏振片之后，用于入射光束的电控光谱分光，产生偏振态正交的单色衍射光和复色透射光。

偏振分光镜：位于声光可调谐滤波器之后，用于实现单色衍射光和复色透射光的空间分离。

成像光谱通道：位于偏振分光镜之后，由衍射光成像镜组和成像光谱面阵探测器组成，用于对波段可控的单色衍射光成像，实现光谱图像的获取。

波段失配测量通道：位于偏振分光镜之后，由透射光成像镜组和波段失配测量面阵探测器组成，用于对复色透射光进行成像，为成像光谱通道获取的各波段光谱图像提供波段配准所需的转换矩阵。

主控系统：控制声光可调谐滤波器改变分光波长，控制成像光谱面阵探测器和波段失配测量面阵探测器完成图像的触发采集控制，并运行数据处理程序，进行复色透射光图像的转换矩阵解算和光谱图像的波段配准校正。

其中，所述的波段失配测量面阵探测器采集的复色光能量不随声光可调谐滤波器的波长切换发生变化。

其中，所述的成像光谱通道和波段失配测量通道共视场，通道间的转换矩阵通过标定精确确定。

其中，所述的成像光谱面阵探测器和波段失配测量面阵探测器的图像采集分别采用电触发信号控制，且波段失配测量面阵探测器的触发信号频率和成像光谱面阵探测器的一样。

本发明的原理是：光束经前置光路后，由偏振片起偏，然后通过AOTF分出单色衍射光和复色透射光，再经偏光分光镜将单色衍射光和复色透射光镜像空间分离。单色衍射光经衍射光成像镜组成像在成像光谱面阵探测器上，通过主控系统改变AOTF衍射波长，并控制探测器采集光谱图像，实现光谱图像数据的获取；复色透射光经透射光成像镜组后成像在波段失配测量面阵探测器上，主控系统在采集衍射光谱数据的同时同步获取复色透射光图像，并通过数据处理的方法解算各个透射光图像间的转换矩阵，并结合光谱成像通道和波段失配测量通道间预先标定好的转换矩阵，确定光谱图像各波段间的转换矩阵，从而实现波段配准。