一種空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法
【專利摘要】本發明涉及一種空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，當探測器光譜維行數不能滿足系統設計對干涉圖采樣點數要求時，可通過在像面前設置反射鏡面用以在光譜方向分割像面，用N個探測器(N≥2)分別采集轉換干涉圖；再利用干涉圖在零光程差位置兩側對稱分布的特性，將多個探測器輸出圖像拼接后獲得滿足數據處理要求的干涉圖像。本發明解決了光電探測器面陣規格不能滿足高光譜分辨率要求的技術問題。
【專利說明】一種空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光譜成像技術，尤其涉及一種干涉光譜成像技術。
【背景技術】
[0002]光譜成像技術融合了光譜技術與成像技術，同時獲得目標的幾何特性與輻射特性，實現目標特性的綜合探測與識別。隨著空間遙感應用對目標特性的精細識別要求的不斷提高，光譜成像儀器的光譜分辨率、空間分辨率指標不斷提升。
[0003]應用于空間遙感的光譜成像技術主要有色散型和干涉型兩種技術原理。干涉光譜成像技術具備高靈敏度、高光譜分辨率與高通量的特點，能滿足高空間分辨率和高光譜分辨率要求。
[0004]空間調制靜態干涉光譜成像技術能在連續譜段上對同一目標同時成像，無運動部件，一次成像獲得視場內一維地物目標圖像及光譜信息；同時通過飛行器平臺飛行推掃獲得另一維地物目標圖譜信息。因此，空間調制靜態干涉光譜成像技術使用大面陣光電探測器，一次曝光獲得一幅地物目標干涉圖。
[0005]根據干涉光譜成像技術原理，高光譜分辨率指標要求空間調制靜態干涉光譜成像儀在光譜方向增加采樣點數，使得光電探測器面陣規格成為制約光譜分辨率提高的瓶頸，限制了高光譜分辨率干涉光譜成像儀應用。
【發明內容】
[0006]本發明目的是提供一種空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其解決了【背景技術】中光電探測器面陣規格不能滿足高光譜分辨率要求的技術問題。
[0007]本發明的技術解決方案是:
[0008]該空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法包括以下步驟:
[0009]I]將目標信號分成兩束完全相干的光線，然后對兩束光線進行干涉成像處理，產生目標干涉信號；目標干涉信號為目標光譜信息的逆傅里葉變換信號；目標干涉信號以零光程差位置為中心呈對稱分布；
[0010]2]利用經步驟I處理所得的目標干涉信號生成干涉圖像；
[0011]3]將步驟2生成的干涉圖像沿光譜方向分割成N個干涉圖子圖，N為像面分割數，N為自然數且N彡2 ；
[0012]4]分別采集經步驟3處理所得的干涉圖子圖，將干涉圖子圖拼接獲得滿足最大光程差、采樣點數要求的目標干涉圖。
[0013]上述步驟I中將目標信號分成兩束完全相干的光線是采用分束器完成。
[0014]上述步驟I中對兩束光線進行干涉成像處理是采用光譜成像儀完成。光譜成像儀光譜范圍決定干涉圖采樣最大光程差范圍；光譜分辨率要求決定干涉圖采樣點數；由干涉圖進行復原光譜數據處理時要求獲得滿足最大光程差范圍和采樣點數要求的干涉圖，并包含零光程差位置另一側部分干涉圖作為相位修正過零量。
[0015]上述步驟2中生成干涉圖像是通過光電探測器完成。
[0016]上述步驟3中將干涉圖像沿光譜方向分割成N個子圖是通過在干涉圖像面位置附近設置N個反射鏡面完成，像面分割數N優選為2、3或其他整數，視具體指標和探測器規格確定。
[0017]上述步驟4中分別采集干涉圖子圖是利用N個光電探測器對N個干涉圖子圖單獨米集。
[0018]上述分束器為橫向剪切分束器或角剪切分束器；橫向剪切分束器包括SAGNAC分束器、雙角反射體分束器、基于Savart偏光鏡的雙折射型分束器；角剪切分束器包括基于Wollaston棱鏡的雙折射角分束器。
[0019]本發明具有如下優點:
[0020]1、極大的降低了對光電探測器光譜維面陣規格的要求。本發明采用干涉圖拼接技術，采用N個探測器分別采集干涉圖不同部分，N倍降低了對光電探測器光譜維行數規格的要求。
[0021]2、本發明應用于空間調制靜態干涉光譜成像儀后，可以使得光譜分辨率大幅提高，有效的克服現有光譜成像儀光譜分辨率受光電探測器面陣規格制約的現狀。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為空間調制靜態干涉光譜成像儀原理說明圖；
[0023]圖2為空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖分割原理說明圖；
[0024]圖3(a)為空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖拼接原理說明的像面未分割時干涉圖；
[0025]圖3(b)為空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖拼接原理說明的像面未分割時采樣區間示意圖；
[0026]圖3(c)為空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖拼接原理說明的像面分割位置示意圖；
[0027]圖3(d)為空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖拼接原理說明的像面分割后拼接方法示意圖；
[0028]附圖標記說明:
[0029]I一前置光學系統，2一狹縫,3一SAGNAC干涉儀,4一傅里葉成像鏡，5一柱面鏡,6—干涉圖，7—探測器，8—像面分割前位置，9一第一探測器，10—第二探測器，11 一像面分割鏡面。
【具體實施方式】
[0030]本發明的原理是:當探測器光譜維行數不能滿足系統設計對干涉圖采樣點數要求時，可通過在像面前設置反射鏡面用以在光譜方向分割像面，用N個探測器(N >2)分別采集轉換干涉圖；再利用干涉圖在零光程差位置兩側對稱分布的特性，將多個探測器輸出圖像拼接后獲得滿足數據處理要求的干涉圖像。
[0031]本發明的具體實施方法如下:
[0032]該空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法包括以下步驟:
[0033]I]將目標信號分成兩束完全相干的光線，然后對兩束光線進行干涉成像處理，產生目標干涉信號；目標干涉信號為目標光譜信息的逆傅里葉變換信號；目標干涉信號以零光程差位置為中心呈對稱分布；
[0034]2]利用經步驟I處理所得的目標干涉信號生成干涉圖像；
[0035]3]將步驟2生成的干涉圖像沿光譜方向分割成N個干涉圖子圖，N為像面分割數，N為自然數且N彡2 ；
[0036]4]分別采集經步驟3處理所得的干涉圖子圖，將干涉圖子圖拼接獲得滿足最大光程差、采樣點數要求的目標干涉圖。
[0037]以下結合具體實施例對本發明進行詳述:
[0038]空間調制靜態干涉光譜成像儀光譜分辨率指標為180譜段，儀器光譜范圍為
0.45um?0.90um。在上述指標下，波數分辨率為61.729CHT1，最大光程差為0.0081cm ;根據奈奎斯特采樣定理，儀器采樣間隔為2.25X 10-5cm,因此單邊采樣時需要光電探測器光譜維行數為360 ;為保證光譜數據處理精度需進行干涉圖過零采樣，過零量取15%時為54行；同時為避免出現欠采樣，取15%的過采樣，對應為54行采樣點數。因此儀器指標要求在單邊過零采樣時光電探測器光譜維行數為468行。
[0039]當實際光電探測器光譜維最大行數為256行時，不能滿足180譜段光譜分辨率指標對采樣點數的要求。通過本發明采用的光學拼接方法，用2片光電探測器進行光學拼接共可獲得最大512個采樣點，滿足系統指標要求的468行采樣點數。
[0040]圖1為空間調制靜態干涉光譜成像儀原理說明，其中干涉儀為SAGNAC型橫向剪切干涉儀，通過剪切成像在探測器上獲得干涉圖。圖2為空間調制靜態干涉儀干涉圖分割原理說明，在原像面位置之前設置像面分割鏡面7，使得干涉圖分割為2部分，分別被第一探測器9和第二探測器10接收。
[0041]圖3(a)為空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖拼接原理說明的像面未分割時干涉圖；系統設計要求光譜維有468個采樣點，如圖3(a)所示需采集AB之間414個采樣點，加上AC之間54個過零采樣點后，共需采集BC之間共468個采樣點。
[0042]在單片探測器光譜維最大采樣點數為256時，可在圖3(c)所示D處設置分割反射面，CD間距為10個采樣點，是為避免采樣起始點C距離分割面過近而影響像質。因此如圖3(d)所示，第一探測器采集CE之間共256個采樣點數據JfEB區間的對稱位置向零光程差位置A擴展10個像元后得到區間FG，共222個采樣點作為第二探測器的采樣區間。此時，2個探測器共采樣478個采樣點，超過系統設計要求468個采樣點數；10個冗余采樣點為CE和FG重疊區間，用來進行圖像配準修正。
[0043]因此，通過用2個分割面進行分割拼接后，實現了 2片光譜方向256元探測器拼接成像，滿足光譜通道數180的采樣要求，而單片光譜方向256元的探測器，最大能滿足該譜段范圍內光譜通道數120的采樣點數要求。
[0044]本發明解決了空間調制靜態干涉光譜成像技術中探測器件光譜維行數不能滿足系統設計對干涉圖采樣點數需求的技術問題，有效克服了現有空間調制靜態干涉光譜成像技術中光譜分辨率受探測器面陣規格制約的現狀，從而使得光譜分辨率的提高成為可能，拓展了空間調制干涉光譜成像儀的應用范圍及應用前景。
【權利要求】
1.一種空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于: 1]將目標信號分成兩束完全相干的光線，然后對兩束光線進行干涉成像處理，產生目標干涉信號； 2]利用經步驟I處理所得的目標干涉信號生成干涉圖像； 3]將步驟2生成的干涉圖像沿光譜方向分割成N個干涉圖子圖，N為像面分割數，N為自然數且N彡2 ； 4]分別采集經步驟3處理所得的干涉圖子圖，將干涉圖子圖拼接獲得滿足最大光程差、采樣點數要求的目標干涉圖。
2.根據權利要求1所述的空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:所述步驟I中將目標信號分成兩束完全相干的光線是采用分束器完成。
3.根據權利要求1所述的空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:所述步驟I中對兩束光線進行干涉成像處理是采用光譜成像儀完成。
4.根據權利要求1所述的空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:所述步驟2中生成干涉圖像是通過光電探測器采集完成。
5.根據權利要求1所述的空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:所述步驟3中將干涉圖像沿光譜方向分割成N個子圖是通過在干涉圖像面位置附近設置N個反射鏡面完成。
6.根據權利要求1所述的空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:所述步驟4中分別采集干涉圖子圖是利用N個光電探測器對N個干涉圖子圖單獨采集。
7.根據權利要求2所述的空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:所述的分束器為橫向剪切分束器、角剪切分束器。
8.根據權利要求1至7任一所述的空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:所述步驟I中目標干涉信號為光譜信息的逆傅里葉變換信號；目標干涉信號以零光程差位置為中心呈對稱分布。
9.根據權利要求3所述的空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:設系統指標要求光譜維樣點數為M，光電探測器光譜維行數為S，像面分割數為N，滿足N*S>M的關系。
10.根據權利要求8所描述的空間調制靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:所述步驟4具體是采用N個探測器同時獲得干涉圖光譜方向上不同區域的子圖，利用干涉圖像對稱分布特性，通過設置重疊并經過探測器之間圖像配準后得到滿足光譜信息處理要求的干涉圖。
【文檔編號】G01J3/45GK104165694SQ201410366532
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】劉強, 李思遠, 陳小來, 王爽, 李蕓, 李然 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所