[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

说明书

本发明涉及光谱成像技术，具体涉及基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统及方法，以解决现有光谱仪结构复杂、制作成本高且所成影像空间分辨率差的问题。本发明所采用的技术方案为：基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统，包括衍射透镜阵列、变焦透镜阵列、光电探测器阵列、控制单元和数据处理单元；衍射透镜阵列、变焦透镜阵列和光电探测器阵列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；控制单元与变焦透镜阵列电气连接，所述控制单元用于调节变焦透镜阵列的焦距，所述数据处理单元与光电探测器阵列电气连接；本发明还提供了一种基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统的方法。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术，具体涉及基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统及方法。

背景技术

成像光谱仪结合了成像技术和光谱测量技术，同时获取二维空间信息和波长分布信息，能够提高目标探测的准确性，可以对探测目标进行更加深入的分析判断。

成像光谱仪主要分为四种：第一种是色散型成像光谱仪，通过色散元件将景物目标每一点的光谱分光并分别投射到探测器的像元上，通过扫描景物目标获取其光谱图像，这种成像光谱仪通常能做到较高的空间分辨率和光谱分辨率，但加工难度大、价格昂贵；

第二种是窄带滤光片型成像光谱仪，是通过一次快照获取景物的单色图像，然后更换或调制滤光片来获取不同谱段的光谱图像，此类成像光谱仪同样有着较高的光谱分辨率，而且价格相对低廉，但空间分辨率较低；

第三种是傅立叶变换成像光谱仪，利用光谱像元干涉图与光谱图之间的傅立叶变换关系，通过测量干涉图和对干涉图进行傅立叶变换来获得物体的光谱信息；

还有一种是层析型成像光谱仪，在光学层析中，三维数据立方按照不同方向进行积分就形成了其在不同方向上的二维投影，这些投影包含了景物目标的空间特征和光谱数据，将这些投影数据用计算机层析算法重构即可得到景物目标的三维高光谱数据立方体。

常见的光谱仪结构复杂、庞大笨重、不便携带。在微型光谱分析仪器领域，虽有相应产品，仍存一些不足，如基于AOTF(声光可调谐滤波器)的微型光谱仪，采用声光调制，所成影像空间分辨率较差。

发明内容

本发明提供了基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统及方法，用以克服现有光谱仪结构复杂、制作成本高且所成影像空间分辨率差的问题。

本发明所采用的技术方案为：基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统，包括衍射透镜阵列、变焦透镜阵列、光电探测器阵列、控制单元和数据处理单元；

所述衍射透镜阵列、变焦透镜阵列和光电探测器阵列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电气连接，所述控制单元用于调节变焦透镜阵列的焦距，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接收像面上的坐标。

进一步地，所述变焦透镜阵列包括上极板、下极板和液体光流变透镜，所述液体光流变透镜设置在上极板的通孔处，所述上极板和下极板之间的电压输入端与控制单元的电压输出端相连。

进一步地，所述控制单元的电压输出信号与光电探测器阵列输出的信号时序上相匹配，以区分不同电压下的波长信号。

本发明还提供了一种基于衍射透镜/变焦透镜阵列的光谱成像系统的方法，包括以下步骤：