[发明专利]一种衍射光谱光场计算成像系统

说明书

本发明公开了一种衍射光谱光场计算成像系统。光线输入光谱色散模块后，形成轴向色散光线；聚焦成像模块接收轴向色散光线，采用衍射光学计算复原法，对轴向色散光线的色散范围进行压缩，形成期望轴向色散光线；光场采样模块对期望轴向色散光线进行调制，形成调制色散光线；探测器模块对调制色散光线进行光电转换处理，得到模糊图像；光谱图像重构模块对模糊图像进行解调处理，最终得到清晰光谱图像。本发明能够降低系统硬件复杂度，具有系统数据量低的优点，从而使衍射计算光谱成像更易实现。

技术领域

本发明涉及光学成像技术，尤其涉及一种衍射光谱光场计算成像系统。

背景技术

光谱成像技术本质是充分利用了物质对不同电磁波谱的吸收或辐射特性，在普通二维成像的基础上，增加了一维光谱信息。由于地物物质组成的不同，其对用的光谱之间存在差异，从而可以利用地物目标的光谱进行识别和分类。光谱成像技术军事侦察、水体监测、矿物识别和植物生态学等领域具有广泛应用。

二元光学元件是建立在光的衍射原理基础上，采用计算机技术对光学波面分析来设计衍射编码轮廓，形成纯编码、同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。衍射光谱成像技术主要是将二元光学衍射元件用于光谱成像，同时完成成像和色散功能，大大减小了光学系统的复杂度，对于安装于检测精度的要求也大大降低，具有光学结构简单、高分辨、轻小型、信噪比高、凝视成像、结实耐用、价格低廉等特点，便于实现系统的小型化和轻量化。

衍射光学成像光谱仪在应用过程中需要改变衍射光学透镜和探测器之间的距离以实现不同光谱波段的接收，增加了系统的复杂度，降低系统的稳定性，使光谱仪的应用受限。要实现衍射光学成像光谱仪对光谱数据的实时获取，需要使其具备一次成像获取数据立方体的能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种衍射光谱光场计算成像系统，以衍射光学元件作为光学系统主镜，利用其成像和色散功能，将宽谱段压缩至较小范围内，通过基于掩膜光场相机一次成像获取目标二维空间信息和一维光谱信息，原理简单，系统数据量低，使衍射计算光谱成像更易实现。

本发明所采用的技术方案是：

一种衍射光谱光场计算成像系统，包括：光谱色散模块、聚焦成像模块、光场采样模块、探测器模块和光谱图像重构模块；

光线输入所述光谱色散模块后，在所述光谱色散模块中发生轴向光谱色散，形成轴向色散光线，所述轴向色散光线由所述光谱色散模块的输出端输出；

聚焦成像模块接收所述轴向色散光线，采用衍射光学计算复原法，对所述轴向色散光线的色散范围进行压缩，形成期望轴向色散光线，所述期望轴向色散光线经所述聚焦成像模块的输出端输出；

光场采样模块采集聚焦成像模块输出的期望轴向色散光线，并对所述期望轴向色散光线进行调制处理，形成调制色散光线，所述调制色散光线经所述光场采样模块的输出端输出；

探测器模块接收所述调制色散光线，对所述调制色散光线进行光电转换处理，得到模糊图像，所述模糊图像经所述探测器模块的输出端输出；

光谱图像重构模块接收所述模糊图像，对所述模糊图像进行解调处理，得到模糊光谱切片，通过三维解卷积算法去除所述模糊光谱切片中的离焦谱段信息，进而得到目标场景的清晰光谱图像并输出。

进一步地，所述光谱色散模块包括衍射光学元件。

进一步地，所述衍射光学元件的材料为有机薄膜或光学玻璃。

进一步地，所述聚焦成像模块包括光学镜组元件和编码掩膜元件；所述编码掩膜元件设置于所述光学镜组元件的入瞳焦面。

进一步地，所述光学镜组元件为透射式光学镜组元件；所述编码掩膜元件为透射式编码掩膜元件。