全文摘要
本专利公开了一种基于液晶光阀的电子扫描视频高光谱成像仪。系统由成像镜头、可编程电子液晶光阀、无狭缝色散型光谱仪组件、探测器，数据处理系统等五部分组成。该系统将色散型高光谱成像仪的狭缝更换为可编程电子液晶光阀，该部件可以通过电压控制，利用驱动电路依次加载透光数据，控制液晶光阀相应位置的透光特性，实现空间依次扫描的功能。透过液晶光阀透光位置的目标信号进入色散组件，探测器在焦平面处捕获图像数据，利用拼接算法提取目标的光谱成像数据立方体。相比较传统色散型高光谱成像仪，本设计省去机械推扫过程，减少机械运动部件，具有稳定性强，集成度高等特点，适应于塔架观测平台、临近空间平台等相对静止的观测平台。
主设计要求
1.一种基于液晶光阀的电子扫描视频高光谱成像仪，包括成像镜头(1)、可编程电子液晶光阀(2)、无狭缝色散型光谱仪组件(3)、探测器(4)，数据处理系统(5)，其特征在于:所述电子液晶光阀(2)位于成像镜头(1)后的焦面位置，所述无狭缝色散型光谱仪组件(3)位于液晶光阀(2)后，所述探测器(4)位于无狭缝色散型光谱仪组件(3)之后；来自物方的空间和光谱信息，通过成像镜头(1)成像到液晶光阀(2)上，通过液晶光阀(2)所产生的狭缝位置上的信息进入色散型光谱仪组件(3)，色散之后的信息成像在探测器(4)上，通过液晶光阀(2)的狭缝扫描实现对目标的光谱成像信息获取，利用数据处理系统(5)，按照每一条狭缝所对应扫描位置进行拼接，得到光谱数据立方体，实现多光谱成像的探测；所述的可编程电子液晶光阀(2)为一种可通过电压控制液晶每个阵列单元光线透过率特性的器件，所述电子液晶光阀通过加载相应数据，实现不同空间位置的透光，从而实现狭缝空间透光位置的水平扫描。
设计方案
1.一种基于液晶光阀的电子扫描视频高光谱成像仪，包括成像镜头(1)、可编程电子液晶光阀(2)、无狭缝色散型光谱仪组件(3)、探测器(4)，数据处理系统(5)，其特征在于:
所述电子液晶光阀(2)位于成像镜头(1)后的焦面位置，所述无狭缝色散型光谱仪组件(3)位于液晶光阀(2)后，所述探测器(4)位于无狭缝色散型光谱仪组件(3)之后；来自物方的空间和光谱信息，通过成像镜头(1)成像到液晶光阀(2)上，通过液晶光阀(2)所产生的狭缝位置上的信息进入色散型光谱仪组件(3)，色散之后的信息成像在探测器(4)上，通过液晶光阀(2)的狭缝扫描实现对目标的光谱成像信息获取，利用数据处理系统(5)，按照每一条狭缝所对应扫描位置进行拼接，得到光谱数据立方体，实现多光谱成像的探测；所述的可编程电子液晶光阀(2)为一种可通过电压控制液晶每个阵列单元光线透过率特性的器件，所述电子液晶光阀通过加载相应数据，实现不同空间位置的透光，从而实现狭缝空间透光位置的水平扫描。
设计说明书
技术领域
本专利涉及一种基于液晶光阀的电子扫描视频高光谱成像仪，特指一种无须运动平台，依托液晶光阀代替传统狭缝实现成像空间电子扫描的高光谱成像仪。
背景技术：
色散型成像光谱技术的发展，经历了从多波段扫描成像到推扫式成像的技术发展过程。目前基于推扫成像模式的高光谱成像仪是航空航天的主流方案，这种技术由面阵探测器的固体扫描和卫星或飞机平稳向前飞行来共同形成二维空间扫描，即推扫。二维面阵器件的其中一维完成目标场景一维空间成像，另一维完成同样目标场景该维度的光谱信息获取，通过飞机或者卫星的平台运动获得目标场景的空间另外一维成像。
借助运动平台的帮助，色散型高光谱成像仪不需要单独设计扫描镜，并且面阵探测器使得系统可以获得比较高的空间分辨率，因而具有光谱分辨率高、灵敏度高等特点。但是在一些场合，平台无法满足运动扫描的功能，需要单独设计扫描镜，当高光谱成像仪空间分辨率较高时扫描镜的研制难度呈几何倍数增加，从而使推扫式高光谱成像的使用场景受到限制，特别是搭载于静止轨道平台时，扫瞄镜本身的技术难度(特别是高精度扫描像元级控制)甚至超过仪器本身。故针对色散型高光谱成像仪，在平台无法满足运动扫描的情况下，可依托液晶光阀代替传统狭缝实现成像空间电子扫描。
发明内容：
为解决上述问题，本专利提供一种可实现空间自扫描的高光谱成像方案，针对色散型高光谱成像仪可以省去扫描环节，将色散型高光谱成像仪变为视频成像，是一种全新的技术手段。
本专利为一种用于获取图像空间和光谱三维数据立方体的新型电子扫描式成像光谱仪，设备包括成像镜头、可编程电子液晶光阀、无狭缝色散型光谱仪组件、探测器和数据处理系统，所述光学成像镜头放置于仪器最前面，所述电子液晶光阀位于镜头后，具体放置于镜头后的焦平面处，所述无狭缝色散型光谱仪组件位于液晶光阀后，所述探测器位于光谱仪组件之后，通过光学对准实现液晶光阀单位像元与探测器像元一一对应，所述数据处理系统用于实时接收和反演数据。通过控制液晶光阀的打开单元位置，可在相应位置上形成狭缝，通过加载相应数据，使得液晶光阀上的狭缝位置按照水平顺序连续移动，此即达到电子扫描效果，根据探测器积分时间，匹配每条狭缝的保持时间。透过狭缝(液晶光阀打开单元位置)的目标信号光进入到色散组件，在焦面处使用探测器依次捕获狭缝对应线视场内目标分光后的图像数据，通过确定视场位置，狭缝位置和探测器位置三者对应的关系，合成目标成像光谱数据立方体。
进一步的，所述可编程电子液晶光阀加载相应数据后，实现物理功能为在空间中依次扫描的透光狭缝。
进一步的，所述目标成像光谱数据立方体提取算法为错位拼接法，将探测器得到的数据立方体依据帧数错位组合，合成包含空间二维和光谱一维的数据立方体。
按上述方案实施至少具有以下优势：
(1)相对传统色散型高光谱成像仪需要扫描才能完成目标二维场景成像的特点，本系统具备凝视视频成像的能力，无须运动平台扫描，具有稳定性强，集成度高、适应性强等特点，并且易于实现仪器的紧凑化、轻型化设计。能够搭载于临近空间、静止轨道等相对静止的观测平台，而无须设计增加扫描镜。
(2)使用液晶光阀代替传统狭缝实现电子控制的目标场景空间顺序扫描成像，扫描速度和扫描方式灵活可控，能够增加了系统的灵活性。
附图说明：
图1为基于液晶光阀电子扫描的视频高光谱光谱仪的原理示意。
图2为液晶光阀狭缝开的顺序扫描示意图,沿箭头方向顺序打开狭缝。
图3为本专利实施的装置获取的高光谱数据立方体。
具体实施方式：
上述说明仅作为本专利技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本方案的技术手段，并可按照说明书的叙述加以实施，下文给出适用于本方案的一个具体事例的详细说明。
根据专利内容，本实例构建了一套基于液晶光阀电子扫描的视频高光谱成像仪，该仪器的主要技术指标如下：
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920037015.3
申请日:2019-01-10
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209446172U
授权时间:20190927
主分类号:G01J 3/28
专利分类号:G01J3/28;G01J3/04
范畴分类:31C;
申请人:中国科学院上海技术物理研究所
第一申请人:中国科学院上海技术物理研究所
申请人地址:200083 上海市虹口区玉田路500号
发明人:刘世界;李春来;唐国良;徐睿;张旭东;张月;王建宇
第一发明人:刘世界
当前权利人:中国科学院上海技术物理研究所
代理人:郭英
代理机构:31311
代理机构编号:上海沪慧律师事务所
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计