空间外差干涉超光谱成像装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103033265A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN103033265A(43)申请公布日2013.04.10(21)申请号201210563394.2(22)申请日2012.12.21(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人李建欣孟鑫史今赛张玉梅郭仁慧沈华马骏朱日宏陈磊何勇(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人朱显国(51)Int.Cl.G01J3/45(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图11页(54)发明名称空间外差干涉超光谱成像装置及方法(57)摘要本发明提供一种空间外差干涉超光谱成像装置及方法，该装置包括沿光路方向依次设置的前置物镜、狭缝、准直物镜、光栅型迈克尔逊干涉系统、后置成像系统和信号处理系统。目标入射光经过前置物镜，并在狭缝处成像；出射光经过准直物镜后进入光栅型迈克尔逊干涉系统，被分成两个干涉的平面波形成干涉条纹；依次经过成像物镜、柱面镜，在探测器靶面上得到携带有一维空间信息和干涉信息的图像，通过推扫目标获取二维场景的光强信息和每列的干涉信息；信号处理系统提取不同光程差下的干涉数据，并进行傅里叶变换获取目标光谱信息及各个谱段的二维图像信息。本发明能够提高现有干涉光谱成像装置的光谱分辨率，进行亚纳米量级的超光谱分辨率的面探测。CN103265ACN103033265A权利要求书1/1页1.一种空间外差干涉超光谱成像装置，其特征在于，包括沿光路方向依次共轴设置的前置物镜(1)、狭缝(2)、准直物镜(3)、光栅型迈克尔逊干涉系统(4)、后置成像系统(5)和信号处理系统(6)；其中狭缝(2)位于前置物镜(1)的焦面上，且狭缝(2)位于准直物镜(3)的前焦面上；光栅型迈克尔逊干涉系统(4)包括分束器(41)、第一衍射光栅(42)、第二衍射光栅(43)、第一棱镜(44)、第二棱镜(45)，其中第一衍射光栅(42)、第二衍射光栅(43)分别与各自的光轴正交面成Littrow角θ倾斜放置，且在分束器(41)与第一衍射光栅(42)之间放置第一棱镜(44)，在分束器与第二衍射光栅(43)之间放置第二棱镜(45)；后置成像系统(5)包括沿光路走向依次设置的第一成像物镜(51)、第二成像物镜(52)、柱面镜(53)、探测器(54)；信号处理系统(6)与探测器(54)相连；所有光学元件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。2.根据权利要求1所述的空间外差干涉超光谱成像装置，其特征在于光栅型迈克尔逊干涉系统(4)中第一棱镜(44)、第二棱镜(45)用于扩展视场，满足以下条件：式中，n为棱镜材料折射率，为棱镜入射角，θ为光栅入射角即Littrow角。3.一种基于权利要求1所述的空间外差干涉超光谱成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，来自目标各点的入射光经过前置物镜(1)，并在狭缝(2)所在平面成像；第二步，通过狭缝(2)的光束经过准直物镜(3)后以平行光束形式进入光栅型迈克尔逊干涉系统(4)，平行光束被光栅型迈克尔逊干涉系统(4)分成两个平面波，并发生干涉，形成干涉条纹；第三步，干涉条纹依次经过后置成像系统(5)中的第一成像物镜(51)、第二成像物镜(52)和柱面镜(53)后，狭缝上沿狭缝方向的不同视场点的干涉强度分布被柱面镜(53)后焦面处的探测器(54)的不同行接收，从而得到携带有一维空间信息和干涉信息的目标图像；推扫目标，探测器(54)即可获取携带有二维空间信息和每列干涉信息的目标图像，并将带有二维空间信息和每列干涉信息的目标图像转化为电信号进入信号处理系统(6)；第四步，信号处理系统(6)从收到的电信号中提取目标各点不同光程差下的干涉数据，并对所得数据进行傅里叶变换获取目标各点的光谱信息及各个谱段的二维图像信息。4.根据权利要求3所述的空间外差干涉超光谱成像装置的成像方法，其特征在于：第二步所述的光栅型迈克尔逊干涉系统(4)具体工作方法为：平行光束经过分束器(41)分为强度相等的第一反射光和第一透射光两支：第一反射光经过第一棱镜(44)入射到第一衍射光栅(42)上，被第一衍射光栅(42)衍射后返回到分束器(41)，形成第二反射光和第二透射光两支；第一透射光经过第二棱镜(45)入射到第二衍射光栅(43)上，被第二衍射光栅(43)衍射后返回到分束器(41)，形成第三反射光和第三透射光两支；经过分束器(41)的第二透射光和第三反射光发生干涉。2CN103033265A说明书1/4页空间外差干涉超光谱成像装置及方法技术领域[0001]本发明涉及光学目标探测方法，特别是一种空间外差干涉超光谱成像装置及方法。背景技术[0002]成像光谱技术采用辐射成像技术和光谱