一种基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113847986A(43)申请公布日2021.12.28(21)申请号202111181089.2G06T5/00(2006.01)(22)申请日2021.10.11G06T7/10(2017.01)G06T9/00(2006.01)(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号申请人江苏宇迪光学股份有限公司(72)发明人徐之海徐南蒋婷婷吴迪富胡海泉周浩李奇冯华君陈跃庭(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人林超(51)Int.Cl.G01J3/28(2006.01)G01J3/18(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图7页(54)发明名称一种基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统和方法(57)摘要本发明公开了一种基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统和方法。本发明搭建了基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统，成像系统利用分光元件对入射光进行分光，以共轴双光路的系统代替单一光路的旋转衍射系统，将目标场景中的光谱信息分为两路记录在两个不同的二维像面上，获得四个通道的光谱混叠初始图像，通过对成像系统对应的点扩散函数标定系统的光谱标定，获得每个谱段的点扩散函数，并通过特定的谱段分割方法获得目标物体的清晰光谱图像以及光谱信息。本发明解决了可见光与近红外光无法在相同的曝光时间下同时获得较好信噪比图像的问题，提升光谱图像重建质量，更好的利用衍射元件的角度范围，细分光谱信息编码，获得更高的光谱分辨率。CN113847986ACN113847986A权利要求书1/4页1.一种基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统，其特征在于：包括分光平片(3)、第一滤光片(4)、第一编码衍射元件(5)、第一正透镜(6)、第一探测器(7)、第二滤光片(8)、第二编码衍射元件(9)、第二正透镜(10)和第二探测器(11)；目标物体(12)的光经分光平片(3)光谱分光后发生透射和反射，透射光沿光轴依次经第一编码衍射元件(5)和第一正透镜(6)后到达第一探测器(7)进行可见光成像，获得R、G、B三个通道的光谱混叠初始图像；反射光包括但不限于近红外光、中波红外或远红外光，反射光沿光轴依次经第二编码衍射元件(9)和第二正透镜(10)后到达第二探测器(11)进行成像，获得第四通道的光谱混叠初始图像；所述第一编码衍射元件(5)的未编码的端面与第一正透镜(6)组成第一编码衍射模块，第一探测器(7)位于第一编码衍射模块的焦平面处；所述第二编码衍射元件(9)的未编码的端面与第二正透镜(10)组成第二编码衍射模块，第二探测器(11)位于第二编码衍射模块的焦平面处。2.根据权利要求1所述的一种基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统，其特征在于：所述编码衍射元件是将原始衍射元件以相长干涉波长的排布方式进行处理，得到处理后的原始衍射元件，再通过衍射成像计算对处理后的原始衍射元件进行编码后得到的；所述相长干涉波长排布方式具体为：选择所需的波长范围[λmin，λmax]，该范围需被包括在原始衍射元件的工作波长范围内；原始衍射元件的焦距为fDOE，直径为d；按照所需光谱分辨率，将波长范围[λmin，λmax]进行等间隔采样，得到N个离散的采样波长，将这些离散的采样波长平均分布在一个直径为d的半圆上，半圆上径向直线上的采样波长相同，切向采样波长依次递减或递增，半圆中相同的采样波长为一块扇形区域，形成相长干涉波长排布方式。3.根据权利要求1所述的一种基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统，其特征在于：所述第一正透镜(6)和第二正透镜(10)的焦距f相同，焦距f为：其中z为系统所需的像方焦距。4.一种基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据第一编码衍射元件的波长工作范围和第二编码衍射元件的波长工作范围，利用相长干涉波长排布方式分别对第一、第二原始衍射元件进行处理，得到处理后的第一、第二原始衍射元件，再通过衍射成像计算对处理后的第一、第二原始衍射元件进行编码后，分别获得第一编码衍射元件(5)和第二编码衍射元件(9)；2)将第一编码衍射元件(5)的未编码的端面与第一正透镜(6)接触固定连接后组成第一编码衍射模块；将第二编码衍射元件(9)的未编码的端面与第二正透镜(10)接触固定连接后组成第二编码衍射模块；3)利用第一编码衍射模块和第二编码衍射模块搭建点扩散函数标定系统，利用不同波长的平行光进行光谱标定实验，得到不同波段的点扩散函数；2CN113847986A权利要求书2/4页4)利用第一编码衍射模块和第二编码衍射模块搭建基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统，进行光谱图像采集实验，得到四个通道下的光谱混叠初始图像；5)根据不同波段的点