[实用新型]基于阶跃滤光片的超光谱成像仪

说明书

技术领域

本专利涉及航天航空领域中的遥感技术处理方法，具体可以应用到对地观测及军事侦察等观测地球表面物体光谱和几何信息获取方法的超光谱成像仪中。

背景技术

在航空航天领域，超光谱成像仪是对地观测、军事侦察等卫星的重要载荷。通过这些载荷可以同时获取观测目标的空间几何信息和光谱信息，具有独特的信息获取和特征识别能力。超光谱成像仪的仪器设计方法直接关系到系统的核心性能指标。

在超光谱仪器设备中，一般由全色光学系统、分光系统，焦平面探测器、处理电路及机械结构等组成。分光系统是超光谱成像仪中的一个核心部件，其设计方法和特性对超光谱成像仪的关键技术指标起决定性作用。通常使用的棱镜分光、光栅分光和傅立叶分光，分离光谱都是连续光谱，对应到每行像元上的光谱是一个唯一特定光谱波段，要求分光器件在通光谱段内光学效率高，在通光谱段范围外的光谱不通过。按照这种方式的其它分光组件，分光光谱在宽光谱范围内都是连续的，一般采用推扫方式成像方式，随着技术的进步和应用的需要，对超光谱成像仪的速高比和快速成像能力要求越来越高，这样要求焦平面探测器有很高的读出帧频，数据量会非常大，会对后续数据处理及传输带来极大的压力，并且同一个光学通道范围内，光谱只能设定的该谱段附近，不能根据实际应用需要自由选取。

发明内容

基于以上传统分光方式超光谱成像仪局限的存在，本专利提出一种新的超光谱成像仪——基于阶跃滤光片的超光谱成像仪。使用该方法和像移补偿设计的超光谱成像仪，能极大的提高系统的等效读出帧频，依据应用需要，还能够方便的选取光谱波段。

本专利的超光谱成像仪由如附图1所示的五大部分组成：光学系统，像移补偿系统，阶跃滤光片，面阵探测器，电子学系统。

所述的光学系统包括一次光学望远镜和二次中继光学；

所述的像移补偿系统为压电陶瓷的偏转装置，由电子学系统控制；

所述的电子学系统包括压电偏转装置驱动和探测器驱动以及数据采集；

所述的阶跃滤光片的每个谱段对应m个成像扫描行，通过和像移补偿机构配合，将超光谱仪器的系统等效读出帧频提高m-1倍，为利用探测器空间的富余换取系统时间上的不足；超光谱的光谱间隔和光谱宽度由阶跃滤光片决定，光谱通过阶跃滤光片自由选取，满足不同应用求；

所述的超光谱成像仪结构如下：一次成像望远镜在最前端，为一次光学，望远镜收集光学信号，对远距离光线进行汇聚；在一次光学焦面的前面，有压电陶瓷的偏转平台，通过偏转平台与扫描方向相反的偏转实现凝视稳像；阶跃滤光片放置在一次焦面上，其几何大小和二次焦面上的探测器像元1：1的对应，全谱段的光线通过阶跃滤光片分光后，变为按几何位置不同光谱阶跃变化的光线，这组按几何位置不同的光线与探测器面上谱线位置一一对应；谱阶跃变化的光线再经过二次成像光学，最终成像在二次焦平面的探测器上，对地物目标成像，由探测器光电转化输出地物目的光谱曲线和几何图像。

系统组成原理：地物信号经望远镜引入凝视像移补偿镜，像移补偿镜进行摆动，在飞行平台沿轨飞行时，使到探测器上地物像在探测器曝光时段内一直凝视该地物。光线经过像移补偿镜的反射进入望远镜焦面上的阶跃滤光片，全谱段光线通过滤阶跃滤光片后的，变为窄带光谱的光线，实现了光谱分离。由于集成滤光片通光谱段是阶跃变化的，所以滤光片后的光线谱段是阶跃变化的谱线，光谱谱段阶跃型的光线经过二次成像光学，再次成像到二次成像系统焦面上的面阵探测器上。探测器响应入射的光谱能量，产生电信号，完成光电信号的转换。探测器输出的电信号经过模拟放大处理，A/D采样格式编排后采集到计算机，通过探测器数据的几何重构和光谱重构，可以获得地表几何和光谱信息。

所说系统中的关键部件阶跃滤光片，其透过光谱阶跃变化，其光谱和几何结构如图3所示。几何上每个谱段对应m个成像扫描行，在此谱段内每个成像扫描行滤光片处透过相同的光谱波段，m个成像扫描行的一端边界有一个成像扫描行宽度的过度带，过渡带不透光。不同的大波段滤光片衔接处有一个拼接带，拼接带的宽度为m个成像扫描行。这样所有的光谱波段和拼接带几何上都对应m个成像扫描行，方便整个阶跃滤光片制作、像移补偿的实施和数据的几何及光谱重构。

在光谱特性上，单个大波段滤光片由于制作的限制，其光谱是在一定光谱波段范内阶跃变化，变化趋势单调一致。但拼接的各大波段滤光片光谱波段可以任意设置，依据应用的需要进行选择。几何上，几个大滤光片拼接只要符合与探测器的匹配要将就可以了。