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

背景技術：

成像光譜儀是成像光譜技術的重要載體，利用光與物質的相互作用研究分子結構及動態(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的化學信息以及影像信息，研究目標的空間特征信息。即能夠同時獲得目標的二維圖像信息和目標的光譜信息，具有圖譜合一的特點，從而實現對目標的定時、定位、定性、定量分析。

現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在各個維度上進行多次曝光及多次掃描才能獲得目標的完整的三維立體數據，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致觀測時間延長，導致目標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，得到的信息越不準確。

因此，如何縮短目標物體的三維光譜信息獲取時間是本領域技術人員急需要解決的技術問題。

技術實現要素：

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

為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種光譜儀成像系統(tǒng)，包括：

用于將目標物體成像于微透鏡陣列，形成目標物體圖像的前端成像裝置；

用于將所述目標物體圖像進行視場分割，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行數據處理得到三維光譜信息，或者將所述目標物體圖像進行數據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距離的目標物體圖像的望遠裝置。

優(yōu)選的，在上述光譜儀成像系統(tǒng)中，還包括：

設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換為平行光的準直元件。

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：

設置于所述準直元件與所述探測器之間，用于對所述平行光進行色散的分光元件。

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：用于將目標物體成像于微透鏡陣列，形成目標物體圖像的前端成像裝置；用于將所述目標物體圖像進行視場分割，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行數據處理得到三維光譜信息，或者將所述目標物體圖像進行數據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，再一次經過后端成像裝置被探測器獲取，得到二維視場內的三維光譜信息。相對現有技術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)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據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-棱鏡型色散元件結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、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，本領域普通技術人員在沒有做出創(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：

用于將目標物體成像于微透鏡陣列3，形成目標物體圖像的前端成像裝置1；

用于將所述目標物體圖像進行視場分割，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行數據處理得到三維光譜信息，或者將所述目標物體圖像進行數據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，設置于前端裝置的焦面處，微透鏡陣列將觀測目標物體在前端裝置焦面上的成像進行分割，即光經過微透鏡陣列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，再一次經過后端成像裝置6色散為相應的光譜，被探測器7獲取得到二維視場內的三維光譜信息。

相對現有技術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)的基礎上，所述前端成像裝置1為用于獲取遠距離的目標物體圖像的望遠裝置。

其中，當直接對目標物體進行觀察分析時，應用前端成像裝置1對目標物體直接成像于微透鏡陣列3上。望遠裝置通常為現有技術中常見的成像鏡頭，例如，光學望遠鏡等成像鏡頭。

進一步的，還包括：設置于所述前端成像裝置1與所述微透鏡陣列3之間，用于將所述目標物體圖像耦合至所述微透鏡陣列3的中繼裝置2。

其中，當望遠裝置的類型不同，例如望遠裝置可以為開普勒望遠鏡、伽利略望遠鏡等，不同類型的望遠鏡并不能直接成像于微透鏡陣列3時，需要在望遠裝置與微透鏡陣列3之間設置中繼裝置2，能夠將不同類型的望遠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通常為單獨的透鏡或者透鏡組合，根據實際需求進行設計，均在保護范圍內。

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。當設置有微透鏡陣列3時該系統(tǒng)為光譜成像模式；當移去微透鏡陣列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：

用于將目標物體成像于微透鏡陣列3，形成目標物體圖像的前端成像裝置1；

用于將所述目標物體圖像進行視場分割，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行數據處理得到三維光譜信息的所述探測器7；

設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換為平行光的準直元件4；

設置于所述準直元件4與所述探測器7之間，用于對所述平行光進行色散的分光元件5。

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

如圖3所示，圖3為本發(fā)明實施例提供的棱鏡-光柵8-棱鏡型色散元件結構示意圖。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)化結構尺寸，提高色散效率，而且可實現成像模式與光譜模式共存的結構設計。當色散元件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：

用于將目標物體成像于微透鏡陣列3，形成目標物體圖像的前端成像裝置1；

用于將所述目標物體圖像匯聚于探測器7的后端成像裝置6；

用于將所述目標物體圖像進行數據處理得到三維空間信息的所述探測器7；

設置于所述微透鏡陣列3與所述后端成像裝置6之間，用于將所述目標物體圖像轉換為平行單元像的準直元件4。

當前端成像裝置1為用于獲取遠距離的目標物體圖像的望遠裝置時，可以直接對目標物體進行觀察分析，來自目標物體的光經過前端成像裝置1、準直元件4、后端成像裝置6成像在探測器7上，探測器7上的像經后續(xù)的圖像處理，最后得到目標的空間信息。當與不同類型的前端成像裝置1進行對接時，應用中繼裝置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上的像經后續(xù)的圖像處理，最后得到目標的空間信息。

在上述光譜儀成像系統(tǒng)的基礎上，所述微透鏡陣列3模式為10×10，旋轉角為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，使得它能夠完成傳統(tǒng)光學元件無法完成的功能，并能構成許多新型的光學系統(tǒng)。光經過微透鏡陣列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，當然，包括但不限于10*10模式，可根據實際需求進行具體設計。微透鏡陣列3的旋轉轉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，光譜相互之間會有重疊，旋轉了角度，光譜相互之間不會有重疊，而所述旋轉轉角度是根據光譜分辨率、探測器的像元個數以及像元大小以及微透鏡的陣列數計算而得。

在上述光譜儀成像系統(tǒng)的基礎上，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)，不僅能夠縮短目標物體的光譜信息獲取時間，而且還能夠根據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的方式描述，每個實施例重點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，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術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。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相一致的最寬的范圍。