[发明专利]高精度视场匹配的主被动立体光谱成像装置及其探测方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种光谱成像装置与方法，尤其涉及一种高精度视场匹配立体光谱成像探测装置及其探测方法。

背景技术

光谱成像技术不仅可以获得地物目标的两维空间信息，还能获得目标的光谱信息，是一种图谱合一的探测技术，立体光谱成像技术是三维成像技术，光谱成像技术的综合应用技术。立体光谱成像技术不仅探测目标的三维空间信息，还可以获得目标的光谱信息，是一种多维信息获取技术。立体光谱成像技术获得光谱信息和三维空间信息更够更好的表述地物的大小、位置，为地物目标的识别、准确定位提供一种有效探测手段。立体光谱成像技术一般采用多种仪器综合获取光谱信息、三维空间信息，仪器之间的视场难以配准融合，为后期的图像处理带来困难，因此研制一种高精度视场匹配的立体光谱成像系统具有重要意义。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提供了一种立体光谱成像装置与方法，用于探测地物目标的高精度三维空间信息和光谱信息。

该装置搭载在一维运动平台上使用，三线阵立体成像光谱仪沿着平台运动方向进行推扫，直接获得观测目标的高精度图像信息、高精度光谱信息，利用空间前方交会原理计算得到观测目标的低精度高程信息；全波形激光雷达利用激光测距原理可以获得观测目标的高精度高程信息，但受到激光功耗限制无法应用激光阵列，空间分辨率不高。

本发明的技术解决方案是提供一种高精度视场匹配的主被动立体光谱成像装置，其特殊之处在于：

包括一个前置镜组、光路折返及分束组件、三线阵立体成像光谱仪组件和全波形激光雷达组件；

为了保证前后视成像光谱仪构成的前方交会测量系统具有较大的基线高度比，上述前置镜组为大视场高透过率双高斯镜组，大视场为沿推扫方向的大视场，以基高比不小于0.4计算，得到沿推扫视场优于24度；

上述三线阵立体成像光谱仪组件包括前视成像光谱仪、中视成像光谱仪与后视成像光谱仪；上述前视成像光谱仪、中视成像光谱仪、后视成像光谱仪可以为任何类型的带狭缝的线视场成像光谱仪，包括色散型、干涉型成像光谱仪；前视成像光谱仪、中视成像光谱仪与后视成像光谱仪的视场具有一定夹角，该夹角约等于前置镜组沿推扫方向的视场角的二分之一；

上述的光路折返及分束组件，包括两个反射镜和一个分束器；上述反射镜实现前置镜输出光路的折返，为前视成像光谱仪和后视成像光谱仪其它镜组及探测器提供足够的安装空间；

上述全波形激光雷达组件包括激光发射系统与激光接收系统；

上述中视成像光谱仪与全波形激光雷达共视场；全波形激光雷达组件的探测器单元和中视成像光谱仪的线阵地面像元为一对多对应关系；即一个全波形激光雷达组件的探测器单元的视场对应中视光谱仪上若干个地面像元的组合视场；

激光发射系统发射激光脉冲并触发前视成像光谱仪、中视成像光谱仪、后视成像光谱仪曝光，同时触发激光回波接收系统接收激光回波信号；

宽谱段光源经过前置镜组分成三束光，前方视场入射光束经过反射镜折返后进入到前视成像光谱仪，前视成像光谱仪获取前方线性视场的图谱信号；后方视场入射光束经过反射镜折返后进入到后视成像光谱仪，后视成像光谱仪获取后方线性视场的图谱信号；中间视场入射光束经过分束器，其中可见光波段经过分束器后形成透射光束，被中视成像光谱仪接收；1055nm激光经过分束器后形成反射光束，被激光回波接收系统接收。

上述激光发射系统为多波束激光发射系统，包括多个光纤激光器，激光整形镜组，激光脉冲驱动电路，电源模块、多传感器同步触发系统和温度稳定模块；

若干个光纤激光器输出的激光经过激光整形光学系统整形成一个垂直于平台移动方向的线性视场，该线性视场与中视光谱成像光谱仪的接收视场重叠；

多传感器同步触发系统的功能一是根据搭载平台对地飞行速度计算系统的工作帧频；功能二是控制激光脉冲的发射，触发前视、中视、后视成像光谱仪同步曝光，同时触发全波形激光雷达同步接收激光回波信号。

上述激光接收系统包括接收微透镜阵列，APD线阵激光探测器，跨组放大器，差分放大器，AD转换电路与电源；

微透镜阵列将激光回波进行汇聚，使激光回波能量集中在APD线阵激光探测器上，APD线阵激光探测器的每个探测单元对应中视成像光谱仪中若干个地面像元，跨组放大器，差分放大器完成APD探测单元信号的低噪声放大，AD转换电路将放大的模拟信号转换成数字信号。