本發(fā)明涉及光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維立體光譜成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

立體成像是獲取目標(biāo)三維輪廓信息的有效方法，通過機(jī)載或星載空間立體相機(jī)的推掃完成，在遙感平臺(tái)飛行過程中，空間CCD(Charge Coupled Device)立體相機(jī)獲得地面目標(biāo)在不同視角下的信息，利用同一軌道不同視角遙感影像或相鄰軌道遙感影像對(duì)包含的深度視差信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理和立體成像運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)立體成像，但該技術(shù)僅有空間信息，沒有光譜信息，無法完成對(duì)理化信息的分析，光譜成像技術(shù)是一類將成像技術(shù)和光譜技術(shù)相結(jié)合的新型多維信息獲取技術(shù)，它能夠獲得被探測(cè)目標(biāo)的二維空間信息和一維光譜信息，形成數(shù)據(jù)立方體。

為了同時(shí)獲取目標(biāo)的三維空間信息和光譜信息，近年來逐漸出現(xiàn)了利用激光雷達(dá)與高光譜成像儀獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行融合的方法，但是由于成像機(jī)理、數(shù)據(jù)獲取連續(xù)性(激光雷達(dá))的差異，再加上機(jī)載平臺(tái)飛行穩(wěn)定性不足的特點(diǎn)，增加了不同平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)難度，使得多維數(shù)據(jù)融合處理精度與信息提取效率因此受到了較大的制約。因此迫切需要從數(shù)據(jù)采集源頭入手，尋求一種將立體成像與高光譜成像數(shù)據(jù)一體化獲取的方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種三維立體光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠同時(shí)獲取探測(cè)目標(biāo)的三維空間信息及光譜信息，從而實(shí)現(xiàn)多維信息的一體化獲取。

一種三維立體光譜成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括前置鏡、狹縫和光譜儀，其中：

所述前置鏡包括正視前置鏡、第一斜視前置鏡和第二斜視前置鏡，且三個(gè)前置鏡共用一個(gè)光譜儀和探測(cè)器，其中：

所述第一斜視前置鏡和所述第二斜視前置鏡與所述正視前置鏡存在27°夾角；

所述正視前置鏡用于垂直對(duì)地成像，產(chǎn)生正視圖；

所述第一斜視前置鏡用于向前傾斜成像，產(chǎn)生前視圖；

所述第二斜視前置鏡用于向后傾斜成像，產(chǎn)生后視圖；

所述前置鏡將遠(yuǎn)處目標(biāo)成像到一次像面的狹縫上，在狹縫板上形成三條平行的狹縫；

所述光譜儀包括兩個(gè)曲面棱鏡、三個(gè)反射鏡和離軸校正鏡，其中：

目標(biāo)圖像發(fā)出的光束由三條狹縫進(jìn)入所述光譜儀后，三束光經(jīng)過第一個(gè)曲面棱鏡進(jìn)行第一次色散，然后經(jīng)過三個(gè)反射鏡反射后再次入射到第二個(gè)曲面棱鏡，進(jìn)行第二次色散，再經(jīng)過所述離軸校正鏡校正后，最終被探測(cè)器陣列接收；

所述探測(cè)器陣列的行像元接收所述目標(biāo)圖像的空間信息，列像元接收所述目標(biāo)圖像的三組光譜信息。

所述系統(tǒng)還包括兩塊平面反射鏡，用于將兩塊斜視前置鏡的光路進(jìn)行折轉(zhuǎn)，使各視場(chǎng)主光線垂直于所述狹縫入射。

在所述平面反射鏡的對(duì)應(yīng)狹縫的光線特定區(qū)域鍍制高反射膜層，且所述平面反射鏡的其他位置及背面做消光處理。

在所述狹縫處還設(shè)置有雜光光闌，用于進(jìn)行消雜光處理。

所述前置鏡均為遠(yuǎn)心光路，用于實(shí)現(xiàn)前置鏡和光譜儀的光瞳匹配。

三條狹縫的像在所述探測(cè)器陣列上沿光譜維展開，且色散開的光譜信息不相互重疊。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，上述系統(tǒng)能夠同時(shí)獲取探測(cè)目標(biāo)的三維空間信息及光譜信息，并有效降低系統(tǒng)整體的復(fù)雜程度和研制成本，適用于機(jī)載或星載設(shè)備，特別是滿足載荷小型化的應(yīng)用需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供三維立體光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的前置鏡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述形成的三條狹縫示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供三維立體光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述系統(tǒng)包括前置鏡1、狹縫2和光譜儀3，其中：

所述前置鏡1包括正視前置鏡、第一斜視前置鏡和第二斜視前置鏡，且三個(gè)前置鏡共用一個(gè)光譜儀和探測(cè)器，其中：

如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供的前置鏡結(jié)構(gòu)示意圖，所述第一斜視前置鏡和所述第二斜視前置鏡與所述正視前置鏡均存在27°夾角，即其各視場(chǎng)主光線與狹縫夾角為27°；

所述正視前置鏡用于垂直對(duì)地成像，產(chǎn)生正視圖；

所述第一斜視前置鏡用于向前傾斜成像，產(chǎn)生前視圖；

所述第二斜視前置鏡用于向后傾斜成像，產(chǎn)生后視圖；

上述前置鏡1將遠(yuǎn)處目標(biāo)成像到一次像面的狹縫上，在狹縫板上形成三條平行的狹縫201,202和203，如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例所述形成的三條狹縫示意圖；

目標(biāo)圖像發(fā)出的光束由三條狹縫進(jìn)入所述光譜儀；具體實(shí)現(xiàn)中，所述正視前置鏡對(duì)應(yīng)成像到中間的狹縫202，所述第一斜視前置鏡對(duì)應(yīng)成像到上面的狹縫201，所述第二斜視前置鏡對(duì)應(yīng)成像到下面的狹縫203；

所述光譜儀包括兩個(gè)曲面棱鏡、三個(gè)反射鏡和離軸校正鏡，參考圖1，三個(gè)反射鏡構(gòu)成經(jīng)典的Offner系統(tǒng)，兩個(gè)曲面棱鏡位于Offner系統(tǒng)的兩臂，實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的色散和像差矯正；三個(gè)反射鏡用于折轉(zhuǎn)光路和成像，離軸校正鏡用于進(jìn)一步校正系統(tǒng)畸變和其他殘余像差；

目標(biāo)圖像發(fā)出的光束由三條狹縫進(jìn)入所述光譜儀后，三束光經(jīng)過第一個(gè)曲面棱鏡進(jìn)行第一次色散，然后經(jīng)過三個(gè)反射鏡反射后再次入射到第二個(gè)曲面棱鏡，進(jìn)行第二次色散，再經(jīng)過所述離軸校正鏡校正后，最終被探測(cè)器陣列接收；

所述探測(cè)器陣列的行像元接收所述目標(biāo)圖像的空間信息，列像元接收所述目標(biāo)圖像的三組光譜信息。上述三條狹縫的像在所述探測(cè)器陣列上沿光譜維展開，且色散開的光譜信息不相互重疊。

具體實(shí)現(xiàn)中，所述系統(tǒng)還可以包括兩塊平面反射鏡，用于將兩塊斜視前置鏡的光路進(jìn)行折轉(zhuǎn)，使各視場(chǎng)主光線垂直于狹縫入射。同時(shí)為了避免正視光路與斜視光路之間的光路混疊，在所述平面反射鏡的對(duì)應(yīng)狹縫的光線特定區(qū)域鍍制高反射膜層，且所述平面反射鏡的其他位置及背面做消光處理。

另外，為了避免光路中不經(jīng)過平面反射鏡而直接入射到狹縫處的光束造成雜光，在所述狹縫處還設(shè)置有雜光光闌，用于進(jìn)行消雜光處理。

由于光譜儀是物方遠(yuǎn)心系統(tǒng)，故所述前置鏡均為遠(yuǎn)心光路，用于實(shí)現(xiàn)前置鏡和光譜儀的光瞳匹配。

進(jìn)一步的，通過光學(xué)設(shè)計(jì)軟件仿真得到上述光譜成像系統(tǒng)對(duì)三條狹縫成像分別在450nm、600nm和1000nm幾種典型譜段的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線，由所得到傳遞函數(shù)曲線可知：三條狹縫在所有典型譜段的MTF數(shù)值均接近衍射極限，成像系統(tǒng)成像質(zhì)量良好。

值得注意的是，所提到的實(shí)施方式僅作為本發(fā)明技術(shù)方案的示例性說明，而不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明的限制，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行顯而易見的局部更改都應(yīng)視為本發(fā)明的替代方案，這種替代方案包括采用不同前置鏡之間的夾角、選用不同類型的光譜儀等，這些更改和變化不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)采用三個(gè)前置鏡和一個(gè)光譜儀的方案，不需要多個(gè)探測(cè)器和多個(gè)光譜儀，降低成本和研制難度；

2)避免雜光影響，在平面反射鏡的對(duì)應(yīng)狹縫的光線特定區(qū)域鍍制高反射膜層，平面反射鏡的其他位置及背面做消光處理，在狹縫處設(shè)置雜光光闌進(jìn)行消雜光處理。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。