[发明专利]一种双分叉X型光纤和其光谱采集监测系统

说明书

本发明公开了一种双分叉X型光纤和其光谱采集监测系统，涉及高光谱成像技术领域，用于解决采集信息偏差大的问题以及光谱采集系统结构复杂、灵活性差的问题，本发明包括双分叉X型光纤、对天空信号采集机构、对目标信号采集机构和两个目的监测光谱仪，双分叉X型光纤的两个入射端光纤用于目标区域的辐射光照信息、参考辐射光照信息的采集，两个出口端光纤连接至两个目的监测光谱仪；本发明使用X型光纤确保不同的监测器能够在同一时间内均等的获取输入的测目标区域的辐射光照信息与参考辐射光照信息，避免环境光的变化导致采集信息偏差的问题；大幅提升系统的集成度、采集效率和稳定可靠性，降低了系统的复杂性、片面性，灵活性强，适用性广。

技术领域

本发明涉及高光谱成像技术领域，具体涉及一种双分叉X型光纤及应用双分叉X型光纤的目标、全天空及暗背景光谱采集监测系统，用于解决目标区域的辐射光照信息和参考辐射光照信息采集时间差较大、导致采集信息偏差大的问题以及光谱采集系统结构复杂、灵活性差等问题。

背景技术

光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。光谱测量已经被应用于众多领域。以集中了光学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术的高光谱成像是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其最突出的应用是在遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。将传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外(200-2500nm)的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。

针对特定目标非成像方式的光谱获取技术是较高光谱成像技术更早的一种手段，其测试精度高、技术集成度简单等特点在众多领域被应用和推广。实际使用过程中大多数都是基于地面、实验室、小块区域监测等方向开展的。

现有的光谱获取方案基本结构由推杆电机、传送平台(导轨)、固定平面反射镜、移动平面光纤、余弦校正器、快门结构、控制主板、计算机等组成，余弦校正模块采集太阳光辐射照度信息；推杆电机以及平行滑轨则是为了将光路进行切换，平面反射镜固定在三角形的转接块上，转接块又与平行导轨进行连接固定，在电机的控制下平面反射镜在导轨上平行移动；而系统的光信号收集是通过光纤来完成的，收集的光信号传输到光谱仪。平面反射镜与对天端太阳光进入光纤时成45度角，除去平面反射镜，其他部位全部设计为黑色，防止反光等影响。

这种结构采集信号时主要有两路：一路是采集对天空时太阳光的辐射亮度信息(参考辐射光照信息及其暗背景信息)，推杆电机会将平面反射镜移动到指定位置，使得余弦校正模块采集的信号完整的进入到光纤光谱仪器里面，待采集完成后，对天端的快门结构快速的关闭，快速的采集完成对天端时的暗背景信号。而此时对地端的快门结构在快门控制电机的控制下，阻断了对地端目标信号的进入。

另一路：对天端的太阳光信号及其暗背景信号采集完成后，推杆电机会带动对天端的一侧的反射镜恢复到原位，光纤光谱仪不再接来至对天端的任何信号。系统控制快门结构移开光线入口视场，被测目标的反射信号进入到系统中，采集完成对地端待测目标的信号之后，系统发送指令，使得快门电机带动快门结构完成对对地端光线继续进入到系统中，以便完成暗背景信号的采集工作。通过指令控制完成4种信号需要采集。同时还不能有其他干扰信号被采集到。

这种光谱获取方案具有一定的优点：其通过一根光纤来完成对天、对地两端的4种信号的采集动作，光纤芯在光谱仪入射狭缝上的分布能够很好的保持各信号以最优状态被采集。但依然存在诸多不足：

1、对天端测试和对地端目标测试信号采集采用一根光纤分步顺序进行，无法保证对天端测试和对地端目标测试在非常短的时间内完成，上行采集和下行采集时间差较大，存在环境光的变化导致采集信息产生偏差的问题；