[发明专利]基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统及方法

权利要求书

1.基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统，其特征在于，包括衍射透镜阵列(1)、变焦透镜阵列(2)、光电探测器阵列(3)、控制单元和数据处理单元；

所述衍射透镜阵列(1)、变焦透镜阵列(2)和光电探测器阵列(3)依次设置在同一光路上，该光路包括N个波长的谱段，其中N≥2；

所述控制单元与变焦透镜阵列(2)电气连接，所述控制单元用于调节变焦透镜阵列(2)的焦距，使光电探测器阵列(3)得到对应于不同波长的光谱图像i_j(x，y)，所述光谱图像i_j(x，y)包括对应波长的聚焦图像和其他波长的离焦图像；所述数据处理单元与光电探测器阵列(3)电气连接，所述数据处理单元用于将光电探测器阵列(3)的光谱图像i_j(x，y)通过重构算法得到景物目标光谱的三维数据，其中j为波长的序号1、2、……、N，(x,y)为波长在光电探测器阵列(3)接收像面上的坐标。

2.根据权利要求1所述的基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统，其特征在于，所述变焦透镜阵列(2)包括上极板(21)、下极板(22)和液体光流变透镜(23)，所述液体光流变透镜(23)设置在上极板(21)的通孔处，所述上极板(21)和下极板(22)之间的电压输入端与控制单元的电压输出端相连。

3.根据权利要求2所述的基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统，其特征在于，所述控制单元的电压输出信号与光电探测器阵列(3)输出的信号时序上相匹配，以区分不同电压下的波长信号。

4.根据权利要求3所述的基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统，其特征在于，所述衍射透镜阵列(1)可选取菲涅尔波带片、光子筛或菲涅尔透镜。

5.根据权利要求1所述基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)景物目标的光信号入射到衍射透镜阵列(1)上，实现N个波长的光谱轴向分离；N≥2；

2)轴向分离后的光入射至变焦透镜阵列(2)，每改变一次电压就有一个对应波长的光束聚焦在光电探测器阵列(3)同一位置的接收像面上；

3)光电探测器阵列(3)记录每次电压改变后的光谱图像i_j(x，y)；所述光谱图像i_j(x，y)包括对应波长的聚焦图像和其他波长的离焦图像；

4)对N个波长的光谱图像i_j(x，y)利用重构算法得到景物目标光谱的三维数据。

6.根据权利要求5所述的基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像方法，其特征在于：步骤1)中N个波长的光谱按照下式实现轴向分离：

其中r₀是衍射透镜阵列(1)的最内圈半径，λ为波长，f为衍射透镜阵列(1)的焦距。

7.根据权利要求6所述的基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像方法，其特征在于：

所述步骤4)具体为：

4.1)计算物面光谱目标矩阵O_k(ζ，ξ)

其中：

k为N个波长的光谱成像系统中，接收像面与焦平面之间距离的编号；

(ζ，ξ)为波长接收像面坐标(x,y)相对应的空间频率；

I_j(ζ，ξ)为每个波长光谱图像i_j(x，y)进行二维傅里叶变换后的矩阵；

为上述光谱成像系统的点扩散函数h_jk(x，y)进行傅里叶变换后的逆矩阵，点扩散函数h_jk(x，y)可以通过计算或测量得到；

4.2)对物面光谱目标矩阵O_k(ζ，ξ)进行傅里叶逆变换得到景物目标的光谱分量o_k(x，y)；

式中：k＝1、2、……、N；

j＝1、2、……、N。

8.根据权利要求7所述的基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像方法，其特征在于：N＝3。