[发明专利]一种光谱成像系统及光谱成像方法

说明书

本发明适用于成像技术领域，提供了一种光谱成像系统，包括沿光传输方向依次设置的成像单元、编码单元、柱面镜单元、分光单元及探测器，成像单元用于将物光成像于编码单元；编码单元用于对物光进行编码，获得第一图像，第一图像包括多个编码像点，编码方式可调以获得多种第一图像；柱面镜单元用于将第一图像在第一方向上放大，获得第二图像，第二图像包括多个条纹像，条纹像由在第二方向上坐标一致的编码像点经均匀放大后叠加得到，其各处光强均匀；分光单元用于对第二图像在第一方向上分光；探测器用于探测第二图像分光后的光信息，获得第三图像，第三图像中，每一波段至少偏移一个像素。该系统能够在简化光路结构的同时降低计算复杂程度。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，特别涉及一种光谱成像系统及光谱成像方法。

背景技术

光谱成像可得到空间信息和光谱信息，可以进行物体外在特征识别，也可用于内部特性分析，广泛用于遥感环境分析、生物医学等。光谱成像系统得到的是三维数据立方体，包括二维空间信息和一维光谱信息。可以看作是在二维空间上，得到各个空间点的光谱信息；也可以看作是得到不同波段下的空间图像。

光谱成像系统分类方法很多，可以根据不同波段、不同分光器件、不同的实现方式划分。光电探测器只能检测二维信息，当用光电探测器检测时，需采用直接扫描方式或间接变换方式得到三维数据。直接扫描方式就是通过点扫、线扫或面扫得到三维数据。如：通过狭缝实现空间信息的点扫或者线扫，通过滤光片轮实现波段的面扫方式。间接变换方式包括干涉式傅里叶光谱成像、编码变换光谱成像等。

在编码变换方式中，已有的编码光谱成像系统有两种：一种是双光栅系统，光栅进行分光后又合光，编码器件位于两光栅之间，仅对光谱进行编码，系统增加了合光光路，结构较复杂。另一种是单光栅系统，对空间编码后进行分光，需对空间和光谱的混合信息进行解码重建，计算较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光谱成像系统，旨在解决传统的编码光谱成像光路结构复杂以及数据计算复杂的技术问题。

本发明是这样实现的，一种光谱成像系统，包括沿着光传输方向依次设置的成像单元、编码单元、柱面镜单元、分光单元以及探测器，其中，

所述成像单元用于将被测物体发出的物光成像于所述编码单元；

所述编码单元用于对所述物光进行编码，获得第一图像，所述第一图像包括点阵状分布的多个编码像点，所述编码单元的编码方式可调以获得多种第一图像；

所述柱面镜单元用于将所述第一图像在第一方向上放大，获得第二图像，所述第二图像包括多个平行排布的条纹像，每一所述条纹像由在第二方向上坐标一致的编码像点经均匀放大后叠加得到，所述第二方向和第一方向垂直，所述条纹像各处光强均匀；

所述分光单元用于对所述第二图像在第一方向上分光；

所述探测器用于探测第二图像分光后的光信息，获得第三图像，所述第三图像中，每一波段至少偏移一个像素。

进一步地，所述光谱成像系统还包括运算单元，与所述探测器连接，用于根据所述第三图像和所述编码单元的编码值计算所述被测物体的空间信息和光谱信息，获得物体的光谱图像。

进一步地，所述编码单元包括阵列排布的编码模块，所述编码模块可调节以控制物光的透过率，形成所述编码像点，所述编码值对应所述透过率。

进一步地，所述柱面镜单元包括同光轴的柱面镜、凸透镜和/或凹透镜，所述柱面镜包括柱形表面，所述柱形表面在所述第一方向上成弧形，在所述第二方向上呈直线型。

进一步地，所述分光单元包括沿着光传输方向依次设置的第一镜组、分光光栅和第二镜组，所述探测器设置于所述第二镜组的输出方向，所述分光光栅为一维透射光栅或一维反射光栅，分光方向与第一方向一致。