本發(fā)明涉及光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種光譜儀成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

成像光譜儀是成像光譜技術(shù)的重要載體，利用光與物質(zhì)的相互作用研究分子結(jié)構(gòu)及動態(tài)特性，通過獲取光的發(fā)射、吸收與散射信息可以獲得與樣品相關(guān)的化學(xué)信息以及影像信息，研究目標(biāo)的空間特征信息。即能夠同時獲得目標(biāo)的二維圖像信息和目標(biāo)的光譜信息，具有圖譜合一的特點(diǎn)，從而實現(xiàn)對目標(biāo)的定時、定位、定性、定量分析。

現(xiàn)有的成像光譜儀為狹縫型或孔徑型光譜儀，但狹縫型或孔徑型光譜儀需要對目標(biāo)在各個維度上進(jìn)行多次曝光及多次掃描才能獲得目標(biāo)的完整的三維立體數(shù)據(jù)，即一次曝光或者掃描只能獲取某一平面或者二維圖像信息導(dǎo)致觀測時間延長，導(dǎo)致目標(biāo)的空間信息和光譜信息并不是同時觀測得到，而且由于周圍環(huán)境會隨時間變化，觀測時間越久，得到的信息越不準(zhǔn)確。

因此，如何縮短目標(biāo)物體的三維光譜信息獲取時間是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光譜儀成像系統(tǒng)，能夠縮短目標(biāo)物體的三維光譜信息獲取時間。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種光譜儀成像系統(tǒng)，包括：

用于將目標(biāo)物體成像于微透鏡陣列，形成目標(biāo)物體圖像的前端成像裝置；

用于將所述目標(biāo)物體圖像進(jìn)行視場分割，形成多個不同視場的單元像的微透鏡陣列，所述微透鏡陣列設(shè)置于所述前端成像裝置的焦面處；

用于將所述多個不同視場的單元像匯聚于探測器的后端成像裝置；

用于將匯聚后的所述多個不同視場的單元像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到三維光譜信息，或者將所述目標(biāo)物體圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到三維空間信息的所述探測器。

優(yōu)選的，在上述光譜儀成像系統(tǒng)中，所述前端成像裝置為用于獲取遠(yuǎn)距離的目標(biāo)物體圖像的望遠(yuǎn)裝置。

優(yōu)選的，在上述光譜儀成像系統(tǒng)中，還包括：

設(shè)置于所述前端成像裝置與所述微透鏡陣列之間，用于將所述目標(biāo)物體圖像耦合至所述微透鏡陣列的中繼裝置。

優(yōu)選的，在上述光譜儀成像系統(tǒng)中，所述后端成像裝置包括：

用于將所述多個不同視場的單元像轉(zhuǎn)換為平行光的準(zhǔn)直元件。

優(yōu)選的，在上述光譜儀成像系統(tǒng)中，所述后端成像裝置還包括：

設(shè)置于所述準(zhǔn)直元件與所述探測器之間，用于對所述平行光進(jìn)行色散的分光元件。

優(yōu)選的，在上述光譜儀成像系統(tǒng)中，所述分光元件為棱鏡-光柵-棱鏡型色散元件，所述光柵為體全息光柵。

優(yōu)選的，在上述光譜儀成像系統(tǒng)中，所述微透鏡陣列模式為10×10，旋轉(zhuǎn)角為26.565°。

優(yōu)選的，在上述光譜儀成像系統(tǒng)中，系統(tǒng)光譜范圍為400nm-900nm，系統(tǒng)光譜分辨率R＝650，視場大小為1.2°×1.2°。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的一種光譜儀成像系統(tǒng)，包括：用于將目標(biāo)物體成像于微透鏡陣列，形成目標(biāo)物體圖像的前端成像裝置；用于將所述目標(biāo)物體圖像進(jìn)行視場分割，形成多個不同視場的單元像的微透鏡陣列，所述微透鏡陣列設(shè)置于所述前端成像裝置的焦面處；用于將所述多個不同視場的單元像匯聚于探測器的后端成像裝置；用于將匯聚后的所述多個不同視場的單元像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到三維光譜信息，或者將所述目標(biāo)物體圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到三維空間信息的所述探測器。

本發(fā)明提供的一種光譜儀成像系統(tǒng)將觀測目標(biāo)物體在前端成像裝置的焦面上成像，將微透鏡陣列作為積分視場單元，通過微透鏡陣列將目標(biāo)物體圖像連續(xù)切割成不同視場的若干單元像后，再一次經(jīng)過后端成像裝置被探測器獲取，得到二維視場內(nèi)的三維光譜信息。相對現(xiàn)有技術(shù)中的多次掃描才能得到三維光譜信息的狹縫光譜儀來說，微透鏡陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)成像光譜儀的狹縫或孔徑，一次性獲得三維光譜信息，不僅縮短了目標(biāo)物體的光譜信息獲取時間，提高了高光效率，減少光的損失。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種光譜成像模式的光譜儀成像系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種非光譜成像模式的光譜儀成像系統(tǒng)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的棱鏡-光柵-棱鏡型色散元件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

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

請參閱圖1和2，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種光譜儀成像系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的一種光譜儀成像系統(tǒng)示意圖。

在一種具體的實施方式中，提供了一種光譜儀成像系統(tǒng)，包括：

用于將目標(biāo)物體成像于微透鏡陣列3，形成目標(biāo)物體圖像的前端成像裝置1；

用于將所述目標(biāo)物體圖像進(jìn)行視場分割，形成多個不同視場的單元像的微透鏡陣列3，所述微透鏡陣列3設(shè)置于所述前端成像裝置1的焦面處；

用于將所述多個不同視場的單元像匯聚于探測器7的后端成像裝置6；

用于將匯聚后的所述多個不同視場的單元像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到三維光譜信息，或者將所述目標(biāo)物體圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到三維空間信息的所述探測器7。

本發(fā)明提供的一種光譜儀成像系統(tǒng)，將微透鏡陣列3作為積分視場單元，設(shè)置于前端裝置的焦面處，微透鏡陣列將觀測目標(biāo)物體在前端裝置焦面上的成像進(jìn)行分割，即光經(jīng)過微透鏡陣列3后會在其后形成微孔徑，該微孔徑作為后端成像裝置6的入射孔徑，將在前端成像裝置1的焦面處的成像分割成不同視場的若干單元像，再一次經(jīng)過后端成像裝置6色散為相應(yīng)的光譜，被探測器7獲取得到二維視場內(nèi)的三維光譜信息。

相對現(xiàn)有技術(shù)中的多次掃描才能得到三維光譜信息的狹縫光譜儀來說，一次性獲得三維光譜信息，不僅縮短了目標(biāo)物體的光譜信息獲取時間，提高了高光效率，減少光的損失。

在上述光譜儀成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，所述前端成像裝置1為用于獲取遠(yuǎn)距離的目標(biāo)物體圖像的望遠(yuǎn)裝置。

其中，當(dāng)直接對目標(biāo)物體進(jìn)行觀察分析時，應(yīng)用前端成像裝置1對目標(biāo)物體直接成像于微透鏡陣列3上。望遠(yuǎn)裝置通常為現(xiàn)有技術(shù)中常見的成像鏡頭，例如，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡等成像鏡頭。

進(jìn)一步的，還包括：設(shè)置于所述前端成像裝置1與所述微透鏡陣列3之間，用于將所述目標(biāo)物體圖像耦合至所述微透鏡陣列3的中繼裝置2。

其中，當(dāng)望遠(yuǎn)裝置的類型不同，例如望遠(yuǎn)裝置可以為開普勒望遠(yuǎn)鏡、伽利略望遠(yuǎn)鏡等，不同類型的望遠(yuǎn)鏡并不能直接成像于微透鏡陣列3時，需要在望遠(yuǎn)裝置與微透鏡陣列3之間設(shè)置中繼裝置2，能夠?qū)⒉煌愋偷耐h(yuǎn)裝置的成像耦合至微透鏡陣列3上，提高了系統(tǒng)對前端成像裝置1的兼容性。

中繼裝置2通常為單獨(dú)的透鏡或者透鏡組合，根據(jù)實際需求進(jìn)行設(shè)計，均在保護(hù)范圍內(nèi)。

本發(fā)明提供的光譜儀成像系統(tǒng)，可以同時得到三維光譜信息以及空間信息，分別通過光譜成像模式以及非光譜成像模式實現(xiàn)。當(dāng)設(shè)置有微透鏡陣列3時該系統(tǒng)為光譜成像模式；當(dāng)移去微透鏡陣列3時，該系統(tǒng)為非光譜成像模式，以下以兩種具體實施方式對本方案進(jìn)行說明。

實施例一：

請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種光譜成像模式的光譜儀成像系統(tǒng)示意圖。

本實施例提供了一種光譜儀成像系統(tǒng)，包括：

用于將目標(biāo)物體成像于微透鏡陣列3，形成目標(biāo)物體圖像的前端成像裝置1；

用于將所述目標(biāo)物體圖像進(jìn)行視場分割，形成多個不同視場的單元像的微透鏡陣列3，所述微透鏡陣列3設(shè)置于所述前端成像裝置1的焦面處；

用于將所述多個不同視場的單元像匯聚于探測器7的后端成像裝置6；

用于將匯聚后的所述多個不同視場的單元像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到三維光譜信息的所述探測器7；

設(shè)置于所述微透鏡陣列3與所述后端成像裝置6之間，用于將所述多個不同視場的單元像轉(zhuǎn)換為平行光的準(zhǔn)直元件4；

設(shè)置于所述準(zhǔn)直元件4與所述探測器7之間，用于對所述平行光進(jìn)行色散的分光元件5。

當(dāng)前端成像裝置1為用于獲取遠(yuǎn)距離的目標(biāo)物體圖像的望遠(yuǎn)裝置時，可以直接對目標(biāo)物體進(jìn)行觀察分析，來自目標(biāo)物體的光經(jīng)前端成像裝置1成像于微透鏡陣列3上，微透鏡陣列3將該像進(jìn)行視場分割，分割后的不同視場的單元像經(jīng)準(zhǔn)直元件4準(zhǔn)直，再經(jīng)過分光元件5進(jìn)行分光，最后由后端成像裝置6成像在探測器7上，探測器7上的像經(jīng)后續(xù)的算法處理，最后得到目標(biāo)的三維光譜信息。當(dāng)與不同類型的前端成像裝置1進(jìn)行對接時，應(yīng)用中繼裝置2使來自不同前端成像裝置1的像與微透鏡陣列3耦合，耦合后的像經(jīng)微透鏡陣列3分割，分割后的不同視場的像經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直，再經(jīng)分光元件5進(jìn)行分光，最后由后端成像裝置6成像在探測器7上，探測器7上的像經(jīng)后續(xù)的算法處理，最后得到目標(biāo)的三維光譜信息。

如圖3所示，圖3為本發(fā)明實施例提供的棱鏡-光柵8-棱鏡型色散元件結(jié)構(gòu)示意圖。優(yōu)選的，所述分光元件5為棱鏡-光柵8-棱鏡型色散元件，所述光柵8為體全息光柵8。

分光元件5采用體全息光柵8與棱鏡組合的色散元件(prism-grating-prism，PGP)，不僅可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸，提高色散效率，而且可實現(xiàn)成像模式與光譜模式共存的結(jié)構(gòu)設(shè)計。當(dāng)色散元件PGP工作時，該系統(tǒng)為成像光譜儀，采用PGP作為色散元件的另一突出優(yōu)勢是體全息光柵8具有極高的衍射效率，其峰值效率可以達(dá)到95％以上，這對于分割視場成像光譜儀探測靈敏度具有重要意義。

實施例二：

參見附圖2，圖2為本發(fā)明實施例提供的一種非光譜成像模式的光譜儀成像系統(tǒng)示意圖。

本實施例提供了一種光譜儀成像系統(tǒng)，包括：

用于將目標(biāo)物體成像于微透鏡陣列3，形成目標(biāo)物體圖像的前端成像裝置1；

用于將所述目標(biāo)物體圖像匯聚于探測器7的后端成像裝置6；

用于將所述目標(biāo)物體圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到三維空間信息的所述探測器7；

設(shè)置于所述微透鏡陣列3與所述后端成像裝置6之間，用于將所述目標(biāo)物體圖像轉(zhuǎn)換為平行單元像的準(zhǔn)直元件4。

當(dāng)前端成像裝置1為用于獲取遠(yuǎn)距離的目標(biāo)物體圖像的望遠(yuǎn)裝置時，可以直接對目標(biāo)物體進(jìn)行觀察分析，來自目標(biāo)物體的光經(jīng)過前端成像裝置1、準(zhǔn)直元件4、后端成像裝置6成像在探測器7上，探測器7上的像經(jīng)后續(xù)的圖像處理，最后得到目標(biāo)的空間信息。當(dāng)與不同類型的前端成像裝置1進(jìn)行對接時，應(yīng)用中繼裝置2使來自不同類型的前端成像裝置1的像與準(zhǔn)直元件4、后端成像裝置6成像于探測器7上，探測器7上的像經(jīng)后續(xù)的圖像處理，最后得到目標(biāo)的空間信息。

在上述光譜儀成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，所述微透鏡陣列3模式為10×10，旋轉(zhuǎn)角為26.565°。

其中，微透鏡陣列3是由通光孔徑及浮雕深度為微米級的透鏡組成的陣列，它不僅具有傳統(tǒng)透鏡的聚焦、成像等基本功能，而且具有單元尺寸小、集成度高的特點(diǎn)，使得它能夠完成傳統(tǒng)光學(xué)元件無法完成的功能，并能構(gòu)成許多新型的光學(xué)系統(tǒng)。光經(jīng)過微透鏡陣列3后會在其后形成微孔徑，該微孔徑作為后端的光譜儀系統(tǒng)的入射孔徑，將成像在望遠(yuǎn)鏡焦面處的面源分割成若干單元像，這些單元像被光譜儀色散為相應(yīng)的光譜。微透鏡陣列3是小透鏡的陣列排布，橫向有10個小透鏡，縱向有10個小透鏡，當(dāng)然，包括但不限于10*10模式，可根據(jù)實際需求進(jìn)行具體設(shè)計。微透鏡陣列3的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角度指的是矩形的微透鏡陣列相對于色散方向的一個角度。如果不旋轉(zhuǎn)，光譜相互之間會有重疊，旋轉(zhuǎn)了角度，光譜相互之間不會有重疊，而所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角度是根據(jù)光譜分辨率、探測器的像元個數(shù)以及像元大小以及微透鏡的陣列數(shù)計算而得。

在上述光譜儀成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，所述系統(tǒng)光譜范圍為400nm-900nm，系統(tǒng)光譜分辨率R＝650，系統(tǒng)視場大小為1.2°×1.2°。

其中，所述微透鏡陣列3模式為10×10，旋轉(zhuǎn)角為26.565°，所述前端成像裝置1的光譜范圍為400-900nm，光譜分辨率R＝650，視場大小為1.2°×1.2°，能夠避免相鄰光譜的重疊，并提高探測器7的利用率。

本發(fā)明提供的一種光譜儀成像系統(tǒng)，不僅能夠縮短目標(biāo)物體的光譜信息獲取時間，而且還能夠根據(jù)不同的模式得到三維光譜信息和空間信息。

本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點(diǎn)說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。