[发明专利]一种高光谱成像系统及重构光谱成像方法

说明书

一种高光谱成像系统及重构光谱成像方法属于光电成像技术领域，不仅可以保持成像系统高灵敏度和高空间分辨率，而且谱段在轨可重构可以解决光谱分辨率与体积重量和有限星上资源的矛盾。本发明提出的高光谱成像系统，不仅在小体积尺寸下可保持成像系统高灵敏度和高空间分辨率，而且谱段可重构方法可以解决光谱分辨率与体积重量以及有限的压缩存储数传等硬件资源的矛盾。

技术领域

本发明属于光电成像技术领域，涉及一种高光谱成像系统及重构光谱成像方法。

背景技术

光谱成像技术在获取目标的二维空间特征信息的同时，可以获取目标的光谱信息，因此在军事侦查、农林观察、环境监测、灾害调查以及地质勘探等领域具有广阔的应用空间并发挥着重要作用。其中高光谱成像系统在自然科学的大部分领域以及人民生活的部分领域，比如农作物产量预估、土壤质量评估、水体污染检测、空气污染检测等，起着重要作用。

目前国内外高光谱成像系统一般采用首先针对应用分析谱段需求，然后以此为依据研制谱段固定的成像系统的方法，因此一旦设计或研制完成其应用也被限制，不能灵活适配各类应用需求，而为了满足光谱分辨率高和谱段范围宽的双重需求，系统又普遍存在体积重量大、成本高昂的问题。而近些年快速发展的微小卫星由于受体积重量限制以及星上有限压缩存储和数传资源的制约，难以实现高空间分辨率高光谱分辨率的高光谱成像应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种高光谱成像系统及重构光谱成像方法，不仅可以保持成像系统高灵敏度和高空间分辨率，而且谱段在轨可重构可以解决光谱分辨率与体积重量和有限星上资源的矛盾。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种高光谱成像系统，该系统包括：分光元件、图像传感器和数据处理单元；所述数据处理单元包括：通信模块、谱段开窗索引模块、成像参数记录模块、传感器驱动控制模块、图像数据接收模块、谱段可重构TDI模块和数据输出模块；所述分光元件贴合在所述图像传感器表面，光线进入所述分光元件后实现透光波长渐变，所述图像传感器根据波长选择通过不同的窗口进行曝光成像和读出；所述通信模块完成成像指令，接收解析和状态信息组帧发送；谱段开窗索引模块预存了分光元件全部透光波长投影位置的标定结果，当接收谱段选择指令后依据指令参数完成所述图像传感器开窗位置大小的索引；成像参数记录模块对FLASH进行读写操作，实现谱段选择执行结果、图像传感器开窗位置大小、不同谱段积分级数、曝光时间、增益的成像参数的记录保存以及上电自动读取功能；传感器驱动控制模块依据图像传感器开窗设置参数生成图像传感器驱动时序，完成所需谱段对应窗口的曝光成像；图像数据接收模块接收图像传感器输出数据，并进行数据解码和格式转换，为谱段可重构TDI模块提供预处理图像数据；谱段可重构TDI模块根据谱段选择指令参数和所需谱段积分级数参数，分别对所述分光元件和图像传感器接收的所需m个谱段进行独立时间延迟积分操作；数据输出模块将所述图像传感器每个行周期每个谱段的1行积分图像进行谱段和行流水编号后按数传格式输出，谱段编号按照波长依次编号，同一行m个谱段数据行流水号相同，经过一个行周期行流水号自动加1，并将数据打包至输出数据。

优选的，所述分光元件为渐变滤光片。

优选的，所述图像传感器为面阵CMOS图像传感器。

优选的，所述图像传感器与所述渐变滤光片的安装方向为行向正交于渐变滤光片透光光谱变化方向。

一种高光谱成像系统的重构光谱成像方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：系统上电，所述成像参数记录模块读取FLASH存储的谱段选择结果、图像传感器开窗位置大小、不同谱段积分级数、曝光时间、增益的成像参数；

步骤二：针对某一应用场景，分析得到一组谱段数量为m的光谱；

步骤三：选取步骤二所述光谱中的m个波长生成谱段选择指令，发送至谱段开窗索引模块；