[发明专利]一种大视场凝视式光谱成像系统及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于快速获取大视场范围内高性能光谱图像的凝视式光谱成像系统及其成像方法，特别涉及一种采用多层分孔径结构的、折射和反/衍混合相结合的高分辨率光谱成像系统及其成像方法。

背景技术

光谱成像技术在获取目标物两维空间像的同时，还可获得其第三维的光谱信息，可更加深入、全面地探究事物的本质，是当前世界各国正大力发展的空间探索和对地观测的重要手段之一，可用于完成各种不同的任务，如遥感成像、物体分类识别、目标探测、工业生产过程监测与控制、食品安全与检测、医疗诊断、土地资源调查、环境和灾害监测等，要在大视场范围内同时获取高分辨率的光谱图像，是该类成像系统的一大难点。

采用衍射光栅分光的光谱成像仪，因其具有均匀色散的特性而引起光学工作者的兴趣并得到广泛研究。传统的采用平面和凹面衍射光栅的光谱成像系统，受像差限制，导致光谱分辨率低；基于凸面光栅设计的该类系统，采用合理的光学结构，可获得强的像差平衡能力，进而获得好的空间像和高的光谱分辨率，但其带有入射狭缝、瞬时视场受到限制，须通过推扫成像的办法来实现大的成像视场，获取的光谱图像具有时域不一致性，不能准确反映同一时刻全视场内的真实情况。因此，采用传统的或现有的光学成像系统，很难获得同时具有色散均匀、光谱分辨率高和视场大的光谱成像系统。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种具有视场大、光谱分辨率高、成像性能好和结构简单紧凑，可用于快速获取大视场内高性能光谱图像的凝视式光谱成像系统及其成像方法。

实现本发明目的的技术方案是：提供一种大视场凝视式光谱成像系统，它包括大视场的前置物镜、多孔径的分视场分光成像系统和CCD探测器；所述大视场的前置物镜，沿光线入射方向，依次为一个同心透镜，多个中间像面、小视场补偿镜阵列和前置物镜的像；所述的同心透镜包括两片或四片胶合的对称球面透镜，同心透镜以各球面透镜的球心为中心，呈全对称分布；所述的小视场补偿镜阵列的单元包括两组双胶合和一片单透镜。

一种大视场凝视式光谱成像系统，它包括大视场的前置物镜、多个孔径的分视场分光成像系统和CCD探测器；所述大视场的前置物镜，沿光线入射方向，依次为一个同心透镜、中间像面、多孔径的小视场补偿镜和产生的多个前置物镜的像；所述的同心透镜包括两片或四片胶合的对称球面透镜，同心透镜以各球面透镜的球心为中心，呈全对称分布；所述的小视场补偿镜阵列的一个单元，包括两组双胶合和一片单透镜。

本发明的一个优选方案是：所述的同心透镜，沿光线入射方向，依次为第一球面负透镜、第一球面正透镜、第二球面正透镜和第二球面负透镜；所述的小视场补偿镜阵列的一个单元，沿光线入射方向，依次为补偿镜第一球面负透镜、补偿镜第一球面正透镜、补偿镜第二球面正透镜、补偿镜第二球面负透镜和补偿镜第三球面正透镜。