一種大孔徑靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法
【專利摘要】本發明涉及一種大孔徑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，可通過在像面之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；當儀器推掃成像時，將多個探測器的干涉圖圖像在多幀數據間排序拼接，獲得滿足數據處理要求的干涉圖像。本發明解決了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】一種大孔徑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]大孔徑靜態干涉光譜成像技術對無窮遠目標干涉成像，無狹縫和運動部件，一次成像獲得視場內兩維地物目標的不同光程差干涉信息；通過飛行器平臺飛行推掃獲得同一地物目標各個光程差干涉信息，經過多幀成像后可獲得連續地物目標的各個光程差干涉信息，再經光譜復原后獲得光譜信息。因此，大孔徑靜態干涉光譜成像原理能量利用率高于空間調制型靜態干涉光譜成像原理，使用大面陣光電探測器，一次曝光獲得不同地物目標不同光程差的干涉圖。
[0005]根據大孔徑干涉光譜成像技術原理，為達到高光譜分辨率指標要求，需要在光譜方向增加采樣點數，使得探測器面陣規格成為制約光譜分辨率提高的瓶頸，限制了大孔徑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大孔徑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]該大孔徑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；所述目標干涉信號為光譜信息的逆傅里葉變換信號；目標干涉信號是以零光程差位置為中心分別對應不同視場角目標的不同光程差干涉信號；
[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，采集干涉圖光譜方向上不同區域的子圖，利用大孔徑靜態干涉圖像中不同位置圖像對應相應視場角目標一定光程差時干涉強度的特性，通過設置重疊并經過圖像配準后，在多幀圖像之間拼接后得到滿足光譜信息處理要求的干涉圖。
[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。
[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、本發明應用于大孔徑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為大孔徑靜態干涉光譜成像儀原理說明圖；
[0023]圖2為大孔徑靜態干涉光譜成像儀干涉圖分割原理說明圖；
[0024]圖3(a)為大孔徑靜態干涉光譜成像儀干涉圖分割原理說明的像面未分割時干涉圖；
[0025]圖3(b)為大孔徑靜態干涉光譜成像儀干涉圖分割原理說明的像面未分割時采樣區間示意圖；
[0026]圖3(c)為大孔徑靜態干涉光譜成像儀干涉圖分割原理說明的像面分割位置示意圖；
[0027]圖3(d)為大孔徑靜態干涉光譜成像儀干涉圖分割原理說明的像面分割后干涉圖采集區間示意圖；
[0028]圖4為大孔徑靜態干涉光譜成像儀干涉圖拼接原理說明圖；
[0029]附圖標記說明:
[0030]I一前置成像鏡，2一準直鏡，3一SAGNAC干涉儀，4一傅里葉成像鏡，5一干涉圖，6一探測器，7—像面分割反射鏡，8—第一探測器，9一第二探測器。

【具體實施方式】
[0031]本發明的原理是:該大孔徑靜態干涉光譜成像儀的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，可通過在像面之前設置反射鏡面用以在光譜方向分割像面，用N個探測器(N32)分別采集轉換干涉圖；當儀器推掃成像時，將多個探測器的干涉圖圖像在多幀數據間排序拼接，獲得滿足數據處理要求的干涉圖像。
[0032]該大孔徑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；所述目標干涉信號為光譜信息的逆傅里葉變換信號；目標干涉信號是以零光程差位置為中心分別對應不同視場角目標的不同光程差干涉信號；
[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，采集干涉圖光譜方向上不同區域的子圖，利用大孔徑靜態干涉圖像中不同位置圖像對應相應視場角目標一定光程差時干涉強度的特性，通過設置重疊并經過圖像配準后，在多幀圖像之間拼接后得到滿足光譜信息處理要求的干涉圖。
[0037]本發明的【具體實施方式】如下:
[0038]大孔徑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，I片探測器采集256個采樣點，另I片探測器采集222個采樣點，每次曝光可獲得276個采樣點,通過多幀抽取獲得系統指標要求的468個采樣點。
[0040]圖1為大孔徑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為大孔徑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8和第二探測器9接收。
[0041]圖3(a)為大孔徑靜態干涉光譜成像儀干涉圖分割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(b)所示需采集AB之間414個采樣點，力口上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間距設置為10個采樣點，是為避免采樣起始點C距離分割線過近而影響像質。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；將EB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，FG之間向零光程差位置A擴展的10個像元用來進行圖像配準修正。
[0043]如上所述，2片探測器采集區間如圖4所示，分別為CE、FG。對星下點A成像時，獲得視場內地物目標ClEl和FlGl干涉信息，相對采樣區間CB缺少ElBl之間地物目標干涉信息。當飛行器平臺向右飛行，第一探測器經過η幀曝光后(η對應于FlEl之間像元數394)第二探測器的同一時刻曝光數據中第一行數據F2對應地物El之前10個像元的地物，經過10幀曝光后干涉圖中F2G2對應的干涉信息包含El位置干涉信息；再經過2m幀曝光后(m對應于ElBl之間像元數212)，獲得地物目標ElBl之間212行干涉信息。將第二探測器的212幀圖像數據中對應地物ElBl的干涉信息抽取排序后，得到圖3 (d)中干涉圖EB部分，與第一探測器獲得的干涉圖CE部分256個采樣數據拼接，共得到468個干涉圖采樣點數據，供后續光譜復原處理。
[0044]因此，通過用2個分割面進行分割拼接后，實現了用光譜方向面陣規格256的兩片探測器拼接成像，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。
【權利要求】
1.一種大孔徑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；所述目標干涉信號為光譜信息的逆傅里葉變換信號；目標干涉信號是以零光程差位置為中心分別對應不同視場角目標的不同光程差干涉信號； 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，采集干涉圖光譜方向上不同區域的子圖，利用大孔徑靜態干涉圖像中不同位置圖像對應相應視場角目標一定光程差時干涉強度的特性，通過設置重疊并經過圖像配準后，在多幀圖像之間拼接后得到滿足光譜信息處理要求的干涉圖。
2.根據權利要求1所述的大孔徑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所述的大孔徑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所述的空大孔徑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完成。
5.根據權利要求1所述的大孔徑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所述的大孔徑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所述的大孔徑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、基于Wollaston棱鏡的雙折射角分束器。
8.根據權利要求3所述的大孔徑靜態干涉光譜成像儀干涉圖光學拼接方法，其特征在于:所述光譜成像儀光譜范圍決定步驟2中生成的干涉圖像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令里。
9.根據權利要求3所述的大孔徑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采樣點數為M，光電探測器光譜維行數為S，像面分割數為N，滿足N5^SSM的關系。
【文檔編號】G01J3/45GK104165693SQ201410366339
【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