[发明专利]用于高光谱激光雷达的阵列选谱装置、系统及方法

说明书

本发明提供了一种用于高光谱激光雷达的阵列选谱装置、系统及方法，该装置包括：依次排列的微透镜阵列、微腔阵列和探测器阵列，其中：微透镜阵列包括m行k列的微透镜，用于将目标回波汇聚至微腔阵列上；微腔阵列包括m行k列的微腔，通过控制每个微腔的腔长，以选择每个微腔通过的中心波段，进行目标回波的阵列选谱，并将中心波段投射至探测器阵列上；探测器阵列包括m行k列的探测器，接收微腔阵列投射的不同中心频谱的单色光，并将该中心频谱的单色光转换为电信号，得到目标回波的光谱信息。

技术领域

本发明涉及激光雷达、高光谱成像及目标探测领域，尤其涉及一种用于高光谱激光雷达的阵列选谱装置、系统及方法。

背景技术

高光谱激光雷达结合了激光雷达和高光谱的优点，在获取目标三维特征的同时，可以获取目标丰富的光谱特征，具有时空同步性好、图/谱/3D合一的优点，在农业、森林、组分测量、目标探测等领域具有广泛的应用前景。目前，高光谱激光雷达大都采用光栅分光阵列探测的方案。采用超连续谱激光作为光源，采用扫描机构，将超连续谱激光发射到目标，目标回波经光栅分光，将复合光分解为空间单色光，投射到雪崩光电二极管(APD)阵列，实现目标回波的光谱信息探测。同时，采用时刻鉴别电路和计时电路获取激光飞行时间，结合二维扫描角度，获取目标三维信息。然而在这种方案中，采用光栅分光，分光效率低，回波能量弱，给探测带来较大难度，同时，受限于光栅刻划的线数，光栅分光的分辨率较低。

发明内容

为解决上述现有高光谱激光雷达光谱分辨率低、探测实时性差的问题，本发明提供了一种用于高光谱激光雷达的阵列选谱装置、系统及方法。

本发明提供了一种用于高光谱激光雷达的阵列选谱装置，阵列选谱装置用于对目标回波进行滤光和选谱，包括：阵列选谱装置包括依次排列的微透镜阵列、微腔阵列和探测器阵列，其中：微透镜阵列包括m行k列的微透镜，用于将目标回波汇聚至微腔阵列上；微腔阵列包括m行k列的微腔，通过控制每个微腔的腔长，以选择每个微腔通过的中心波段，进行目标回波的阵列选谱，并将中心波段投射至探测器阵列上；探测器阵列包括m行k列的探测器，接收微腔阵列投射的不同中心频谱的单色光，并将该中心频谱的单色光转换为电信号，得到目标回波的光谱信息。

根据本发明的第一实施例，微透镜阵列包括m×k个结构相同的微透镜，用于将目标回波分成m×k个区域，并汇聚成m×k个焦点。

根据本发明的第一实施例，m行k列的微腔采用MEMS工艺且集成在同一基座上，每个微腔单独控制且包括相同的结构，以形成微腔阵列。

根据本发明的第一实施例，探测器阵列包括m×k个探测器，每个探测器对应接收微腔阵列微腔投射的不同中心频谱的单色光。

根据本发明的第一实施例，探测器阵列为APD探测器阵列，APD探测器阵列包括m行k列的雪崩光电二极管。

根据本发明的第二实施例，本发明提供了一种用于高光谱激光雷达的阵列选谱系统，包括：输入模块、转折反射镜、阵列选谱装置以及输出模块，其中，阵列选谱装置采用上述用于高光谱激光雷达的阵列选谱装置，输入模块用于发射激光并投射到探测目标上产生目标回波，产生的目标回波再返回至输入模块，由输入模块将目标回波反射至转折反射镜上，再由转折反射镜将目标回波依次反射至微透镜阵列、微腔阵列和探测器阵列，并转换为电信号，电信号进入输出模块，由输出模块将电信号转换为目标回波的光谱信息。

根据本发明的第二实施例，输出模块包括依次设置的超连续谱激光器、抛物面镜以及二维扫描机构，其中：超连续谱激光器，用于发射激光；抛物面镜，用于反射目标回波至转折反射镜；二维扫描机构7用于扫描发射的激光。

根据本发明的第二实施例，输出模块包括依次设置的数据采集模块以及计算机，数据采集模块用于对电信号进行信息采集，并传输给计算机。

根据本发明的第二实施例，抛物面镜包括凹反射镜，转折反射镜包括平面反射镜。