本發(fā)明涉及紅外光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種小型化非制冷紅外成像光譜儀及方法。

背景技術(shù)：

紅外成像光譜儀可同時(shí)提供場(chǎng)景圖像信息和光譜信息，從而深入分析場(chǎng)景目標(biāo)的成分和特性，是一種重要的觀測(cè)、分析和檢測(cè)設(shè)備。目前，紅外成像光譜儀在隱身目標(biāo)偵察、危險(xiǎn)氣體檢測(cè)、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、資源勘探、海上搜救等領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用，正逐步成為光電成像領(lǐng)域重要的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)。

相比普通的紅外熱像儀，紅外成像光譜儀增加了分光部件(干涉儀、濾光器件或色散器件等)，這也導(dǎo)致其體積和重量大幅增加，限制了其應(yīng)用范圍。尤其是在長(zhǎng)波紅外范圍，濾光器件和色散器件的分辨率較低，且信號(hào)能量衰減嚴(yán)重；而基于邁克爾遜干涉儀的時(shí)間調(diào)制分光技術(shù)也存在體積重量較大，成本高昂的問題。相比之下，干涉儀是一種空間調(diào)制型分光部件，在提供較好的光譜分辨率的同時(shí)，體積和重量也可得到有效控制，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)小型化、高光譜長(zhǎng)波紅外成像光譜儀的可行技術(shù)路線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中紅外熱像儀體積和重量較大的缺陷，提供一種小型化非制冷紅外成像光譜儀及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

提供一種小型化非制冷紅外成像光譜儀，包括沿著光軸方向依次安裝的：掃描反射鏡、物鏡組、狹縫光闌、準(zhǔn)直物鏡組、干涉儀、中繼鏡和成像組件，該光譜儀還包括非制冷紅外焦平面探測(cè)器和干涉圖譜處理模塊，非制冷紅外焦平面探測(cè)器置于中繼鏡和成像組件之間，干涉圖譜處理模塊接收成像組件發(fā)送的干涉圖像信號(hào)，對(duì)干涉圖像信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和干涉圖像的重構(gòu)，并輸出光譜圖像；

干涉儀包括相互接觸的薄棱鏡和平面鏡，其中薄棱鏡的上表面是鋸齒狀，具有至少兩個(gè)尖峰，每個(gè)尖峰和狹縫光闌中的一條狹縫對(duì)齊。

本發(fā)明所述的小型化非制冷紅外成像光譜儀中，薄棱鏡的傾角為32mrad。

本發(fā)明還提供了一種小型化非制冷紅外成像光譜儀獲得紅外成像光譜圖像的方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)場(chǎng)景的紅外輻射經(jīng)物鏡組聚焦在后焦面上；

(2)掃描反射鏡在垂直于狹縫光闌的方向進(jìn)行擺掃，每轉(zhuǎn)過一定的角度，非制冷紅外焦平面探測(cè)器采集一次圖像數(shù)據(jù)；

(3)狹縫光闌作為視場(chǎng)光闌，對(duì)聚焦在其表面的光進(jìn)行選通，使得剛好透過一條線視場(chǎng)的光，其它位置的光則被阻擋；

(4)準(zhǔn)直物鏡組將透過狹縫光闌的光進(jìn)行準(zhǔn)直，使其平行照射在干涉儀上；

(5)干涉儀中的薄棱鏡的中間間隔厚度是變化的，則會(huì)產(chǎn)生沿垂直于狹縫光闌中狹縫方向位周期變化的干涉圖像，該輻射信號(hào)與波長(zhǎng)相關(guān)，通過快速傅里葉變換可恢復(fù)為光譜輻射信號(hào)；

(6)當(dāng)掃描反射鏡從一端擺掃到另一端時(shí)，獲得整個(gè)觀測(cè)場(chǎng)景的紅外光譜輻射信號(hào)，成像組件和干涉圖譜處理模塊對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，合成之后輸出高光譜數(shù)字圖像立方。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明采用特殊鋸齒型的干涉儀結(jié)構(gòu)獲得不同線視場(chǎng)區(qū)域的干涉圖的同時(shí)采集，使得光譜圖像的采集速率得以提升，同時(shí)也可以降低系統(tǒng)的體積，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例紅外成像光譜儀組成框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例干涉儀示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的小型化非制冷紅外成像光譜儀包含掃描反射鏡1、物鏡組2、狹縫光闌3、準(zhǔn)直物鏡組4、干涉儀5、中繼鏡6、非制冷紅外焦平面探測(cè)器8、成像組件7和干涉圖譜處理模塊9等部分。沿著光軸的方向依次安裝：掃描反射鏡1、物鏡組2、狹縫光闌3、準(zhǔn)直物鏡組4、干涉儀5、中繼鏡6、非制冷紅外焦平面探測(cè)器8。各個(gè)組件的功能如下所述：

掃描反射鏡1：在垂直于狹縫光闌3的方向進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)整個(gè)觀測(cè)視場(chǎng)內(nèi)的線視場(chǎng)掃描；

物鏡組2：對(duì)場(chǎng)景輻射進(jìn)行聚焦干。

狹縫光闌3：作為視場(chǎng)光闌使線視場(chǎng)像通過，而檔掉其它部分的光。

準(zhǔn)直物鏡組4：用于將透過狹縫光闌3的光進(jìn)行準(zhǔn)直，使其為平行光；

干涉儀5：透過準(zhǔn)直物鏡組4的光進(jìn)行干涉調(diào)制，產(chǎn)生不同光程差的干涉信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)光譜分光。

中繼鏡6：將干涉光會(huì)聚到探測(cè)器靶面。

非制冷紅外焦平面探測(cè)器8：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

成像組件7：完成信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、非均勻校正、壞元剔除等功能，輸出干涉圖像信號(hào)。

干涉圖譜處理模塊9：接收成像組件發(fā)送的干涉圖像信號(hào)，完成干涉數(shù)據(jù)預(yù)處理、干涉圖像重構(gòu)等功能，輸出光譜圖像。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的干涉儀5由一塊薄棱鏡51與平面鏡52相互接觸，其中薄棱鏡51的上表面是鋸齒狀，具有至少兩個(gè)尖峰，薄棱鏡51的傾角為32mrad，實(shí)際情況下可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)多個(gè)尖峰，在裝配的時(shí)候，每個(gè)尖峰和狹縫光闌3中的一條狹縫對(duì)齊。

本發(fā)明的一種小型化非制冷紅外成像光譜儀獲得光譜圖像的方法如下所述：

(1)場(chǎng)景的紅外輻射經(jīng)物鏡組2聚焦在后焦面上；

(2)掃描反射鏡1在垂直于狹縫光闌3的方向進(jìn)行擺掃，沒轉(zhuǎn)過一定的角度，非制冷紅外焦平面探測(cè)器8采集一次圖像數(shù)據(jù)；

(3)狹縫光闌3作為視場(chǎng)光闌，對(duì)聚焦在其表面的光進(jìn)行選通，使得剛好透過一條線視場(chǎng)的光，其它位置的則被阻擋；

(4)準(zhǔn)直物鏡組4將透過狹縫光闌3的光進(jìn)行準(zhǔn)直，使其平行照射在干涉儀5上；

(5)干涉儀5中的薄棱鏡51的中間間隔厚度是變化的，則會(huì)產(chǎn)生沿垂直于狹縫光闌3中狹縫方向位周期變化的干涉圖像(正弦輻射信號(hào))。該輻射信號(hào)與波長(zhǎng)相關(guān)，通過快速傅里葉變換可恢復(fù)為光譜輻射信號(hào)。

(6)當(dāng)掃描反射鏡1從一端擺掃到另一端時(shí)，系統(tǒng)可以獲得整個(gè)觀測(cè)場(chǎng)景的紅外光譜輻射信號(hào)，成像組件7和干涉圖譜處理模塊9對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理合成之后可以輸出高光譜數(shù)字圖像立方。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。