遲片132進(jìn)行調(diào)整，W達(dá)到調(diào)諧功能，確定新的中屯、波長(zhǎng)；
[0047] S4、重復(fù)步驟S1-S3,直到獲取所有不同波長(zhǎng)的光譜圖像為止。
[0048] 優(yōu)選地，本發(fā)明還提供一種基于上述的全光譜范圍自動(dòng)獲取方法的成像光譜儀的 自動(dòng)修正方法，其步驟如下：
[0049] S1、通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)儀器獲取待測(cè)物體的實(shí)際地物偏振信息；
[0050] S2、使用所述成像光譜儀，獲取每個(gè)探測(cè)單片的輸出信號(hào)；
[0051] S3、根據(jù)所有的探測(cè)單片的儀器輸出信號(hào)W及對(duì)應(yīng)的實(shí)際地物偏振信息，確定對(duì) 應(yīng)的關(guān)系，計(jì)算或修正光譜成像的計(jì)算參數(shù)，W修正所述成像光譜儀的誤差。
[0052] 下面對(duì)液晶可諧調(diào)濾光片下簡(jiǎn)稱LCTF)的結(jié)構(gòu)及原理做進(jìn)一步解釋：
[0053] LCTF是基于偏振光的干設(shè)原理利用液晶材料的雙折射特性而制成的。LCTF是一種 Lyot型可調(diào)諧雙折射濾光器件，由依次平行排列的許多級(jí)級(jí)聯(lián)而成，每一級(jí)包含有兩個(gè)相 互平行的偏振片，中間夾著液晶延遲片，延遲片的光軸與偏振片的透過(guò)方向有45°的方位夾 角，延遲片的厚度逐級(jí)增加，分別為d、2d、…、2N-ld，d是其中最薄的延遲片厚度。如圖4及圖 5所示，當(dāng)光源通過(guò)其中一級(jí)單元時(shí)，由于沿液晶快、慢軸傳播的兩束光振動(dòng)方向相同，而位 相差一定，因此發(fā)生干設(shè)作用。
[0054] 第一級(jí)入射偏振片把入射光分解為沿兩個(gè)晶軸的相等分量，施加在液晶元件上的 電壓引起其中一個(gè)晶軸上的折射率的變化。兩分量間的相對(duì)延遲產(chǎn)生相位差，在出射偏振 片上，兩分量重新組合為一個(gè)可W預(yù)見(jiàn)的偏振態(tài)。只有與出射偏振片透過(guò)軸平行的偏振光 束才可W輸出；另一方面，兩分量間的延遲與波長(zhǎng)有關(guān)，因此液晶延遲片選擇了可W透過(guò)的 波長(zhǎng)。干設(shè)波長(zhǎng)取決于e光和0光。在各級(jí)中除了電光調(diào)制液晶延遲片，還加入了妮化裡晶 體。主要是利用妮化裡晶體的較大雙折射特性，作為被動(dòng)（固定非調(diào)諧的)波片，用來(lái)減小器 件的總長(zhǎng)度，而真正起調(diào)諧作用的是液晶元件。
[0055] LCTF每一級(jí)的透過(guò)率均是波長(zhǎng)的函數(shù)，為：
[0化6]
[0057]其中Γ(λ)是厚度為d的一級(jí)（最薄的一級(jí)）的延遲，也是入射角Θ和方位角Φ的函 數(shù)，其表達(dá)式為
[0化引
[0059] 其中，d是最薄的波片的厚度;ne和no分別是材料對(duì)尋常和非常光的折射率，λ是入 射福射的波長(zhǎng)。上式用二項(xiàng)式展開，可化簡(jiǎn)為：
[0060]
[0061] 式中An=ne-no是雙折射情況下尋常和非常光的折射率之差，則每一級(jí)濾光片透 過(guò)率在波長(zhǎng)λ處有最大值的條件為：
[0062] Γ(λ)=23?Μ
[0063] 其中Μ為整數(shù)。一個(gè)多級(jí)濾光片的總透過(guò)率如同有2Ν條線的光柵，產(chǎn)生cos2因子，Ν 級(jí)LCTF的透過(guò)率為：
[0064]
[0065] 根據(jù)上式，正入射時(shí)巧由上光線）的光譜半寬Δλ1/2和自由光譜ΔλΡ，分別與材料 的雙折射折射率差A(yù)η、雙折射色散率α、濾光片級(jí)數(shù)Ν、W及元件厚度d的關(guān)系可進(jìn)一步表述 為：
[0069] 因此，液晶作為可調(diào)諧延遲片化CVR)，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)調(diào)諧。在正入射情況下，LCTF中 一級(jí)的總延遲可表示為：
[0070] Γ=ΓL+Γ1+Γ2
[0071] 其中，「L= 2jtΔ化化/λ是雙折射折射率差為Δη、厚度為d的液晶元件的相位延 遲；「1、「2分別是妮化裡晶體的延遲。上式忽略了半波片的影響，為實(shí)現(xiàn)全部自由光譜區(qū) 的調(diào)諧，需要「L有化的變化范圍，或者等價(jià)地，需要液晶的雙折射改變?yōu)锳AIL。
[0072] 待測(cè)光場(chǎng)通過(guò)液晶產(chǎn)生的光程差(相位差），由于雙折射液晶造成的相位差可W通 過(guò)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，即通過(guò)施加不同的電壓可W使其不同波長(zhǎng)的光發(fā)生干設(shè)，可W實(shí)現(xiàn)不同 波長(zhǎng)的掃描。因此，通過(guò)可調(diào)諧液晶元件構(gòu)成的液晶延遲片選擇了可W透過(guò)的波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了 分光作用。在LCTF之后配W固體成像器件對(duì)入射光波場(chǎng)的分光光譜圖像進(jìn)行光電變換即可 得到不同光譜段的待測(cè)目標(biāo)圖像。
[0073] 本發(fā)明能夠滿足應(yīng)用場(chǎng)合所需的高光譜分辨率、高能量利用要求，W及自動(dòng)化控 審IJ、自動(dòng)化參數(shù)修正等其他要求，提供了W液晶可調(diào)諧濾光片為核屯、分光設(shè)置、CCD探測(cè)器 為數(shù)字感光元件，并使用DSP處理器為計(jì)算、控制單元的成像光譜儀，能夠獲得高分辨率的 光譜圖像，并且控制液晶可調(diào)諧濾光片，實(shí)現(xiàn)光譜波段的任意調(diào)諧，利用DSP處理器與PC機(jī) 的交互，實(shí)現(xiàn)光譜的自動(dòng)獲取及計(jì)算參數(shù)的自動(dòng)修正，使用方便，成本較低，且后續(xù)處理方 便快捷。
[0074] 最后應(yīng)說(shuō)明的是：W上所述的各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其 限制;盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解： 其依然可W對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或全部技術(shù)特征進(jìn) 行等同替換；而運(yùn)些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方 案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于液晶可調(diào)諧濾光片的成像光譜儀，其特征在于：其包括光譜儀以及遠(yuǎn)程控 制裝置，所述光譜儀與所述遠(yuǎn)程控制裝置通訊連接； 所述光譜儀包括外殼、光學(xué)鏡頭以及液晶可調(diào)諧濾光片，所述外殼內(nèi)部設(shè)置有CCD探測(cè) 器、DSP處理器、控制器以及電源模塊，所述光學(xué)鏡頭設(shè)置在所述外殼的外部，所述液晶可調(diào) 諧濾光片設(shè)置在所述光學(xué)鏡頭的后部，物體的反射光通過(guò)光學(xué)鏡頭后再由液晶可調(diào)諧濾光 片調(diào)諧濾波； 所述控制器與所述DSP處理器通訊連接，所述控制器能夠根據(jù)所述DSP處理器發(fā)出的指 令，控制液晶可調(diào)諧濾光片進(jìn)行調(diào)諧，以適應(yīng)全光譜范圍； 所述CCD探測(cè)器與所述DSP處理器通訊連接，能夠獲取經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡頭及液晶可調(diào)諧濾光 片的光，產(chǎn)生圖像的數(shù)字信號(hào)，并傳輸給DSP處理器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶可調(diào)諧濾光片的成像光譜儀，其特征在于:液晶可調(diào) 諧濾光片由依次平行排列的多級(jí)單元級(jí)聯(lián)而成，每一級(jí)單元包含有兩個(gè)相互平行的偏振 片，所述兩個(gè)偏振片之間夾設(shè)有液晶延遲片，液晶延遲片的光軸與偏振片的透過(guò)方向存在 45°的方位夾角，延遲片的厚度逐級(jí)增加，分別為(1、2(1、一、2^1(1，(1是其中最薄的延遲片厚 度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶可調(diào)諧濾光片的成像光譜儀，其特征在于:所述外殼 為塑料殼體或不銹鋼殼體。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液晶可調(diào)諧濾光片的成像光譜儀，其特征在于:所述外殼 設(shè)有鏡頭開孔、電源開口、通訊開口、電源開關(guān)以及指示燈。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于液晶可調(diào)諧濾光片的成像光譜儀，其特征在于:所述光學(xué) 鏡頭設(shè)置在所述外殼的鏡頭開孔處。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶可調(diào)諧濾光片的成像光譜儀，其特征在于:所述電源 模塊包括電源插頭以及整流穩(wěn)壓模塊，所述電源插頭連接標(biāo)準(zhǔn)的市電電源插座，為光譜儀 提供電源，所述整流穩(wěn)壓模塊將市電經(jīng)過(guò)整流穩(wěn)壓后，產(chǎn)生供儀器使用的直流電。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶可調(diào)諧濾光片的成像光譜儀，其特征在于:所述DSP 處理器通過(guò)USB通訊模塊連接遠(yuǎn)程控制裝置，用于將所述DSP處理器計(jì)算處理后的光譜數(shù)據(jù) 傳輸給所述遠(yuǎn)程控制裝置，同時(shí)，將所述遠(yuǎn)程控制裝置發(fā)出的用戶指令傳輸給所述DSP處理 器。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于液晶可調(diào)諧濾光片的成像光譜儀，其特征在于:所述遠(yuǎn)程 控制裝置為計(jì)算機(jī)。9. 一種根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的成像光譜儀進(jìn)行全光譜范圍自動(dòng)獲取的方法，其特征 在于:其包括如下步驟： 51、 待測(cè)物體的反射光經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡頭，再由液晶可調(diào)諧濾光片進(jìn)行調(diào)諧濾光，在CCD探 測(cè)器上成像，將數(shù)字信號(hào)傳輸給DSP處理器，DSP處理器處理后，經(jīng)過(guò)USB通訊模塊傳輸給遠(yuǎn) 程控制裝置； 52、 遠(yuǎn)程控制裝置獲取特定波長(zhǎng)的光譜圖像信息后，根據(jù)設(shè)置要求，通過(guò)USB通訊模塊 向DSP處理器發(fā)出新的波長(zhǎng)指令； 53、DSP處理器獲取新的波長(zhǎng)指令，控制控制器對(duì)液晶可調(diào)諧濾光片中的液晶延遲片進(jìn) 行調(diào)整，以達(dá)到調(diào)諧功能，確定新的中心波長(zhǎng)； S4、重復(fù)步驟S1-S3,直到獲取所有不同波長(zhǎng)的光譜圖像為止。10.-種基于權(quán)利要求9所述的全光譜范圍自動(dòng)獲取方法的成像光譜儀的自動(dòng)修正方 法，其步驟如下： 51、 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)儀器獲取待測(cè)物體的實(shí)際地物偏振信息； 52、 使用所述成像光譜儀，獲取成像光譜儀的每個(gè)探測(cè)單片的儀器輸出信號(hào)； 53、 根據(jù)所有的探測(cè)單片的儀器輸出信號(hào)以及對(duì)應(yīng)的實(shí)際地物偏振信息，確定對(duì)應(yīng)的 關(guān)系，計(jì)算或修正光譜成像的計(jì)算參數(shù)，以修正所述成像光譜儀的誤差。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于液晶可調(diào)諧濾光片的成像光譜儀，其包括光譜儀以及遠(yuǎn)程控制裝置，光譜儀與遠(yuǎn)程控制裝置通訊連接；光譜儀包括外殼、光學(xué)鏡頭及液晶可調(diào)諧濾光片，外殼內(nèi)部設(shè)置有CCD探測(cè)器、DSP處理器以及電源模塊，光學(xué)鏡頭設(shè)置在外殼的外部液晶可調(diào)諧濾光片設(shè)置在光學(xué)鏡頭的后部，物體的反射光通過(guò)光學(xué)鏡頭后再由液晶可調(diào)諧濾光片調(diào)諧濾波。本發(fā)明提供了一種以液晶可調(diào)諧濾光片為核心分光設(shè)置、CCD探測(cè)器為數(shù)字感光元件，并使用DSP處理器為計(jì)算、控制單元的成像光譜儀，能夠獲得高分辨率的光譜圖像，并且控制液晶可調(diào)諧濾光片，實(shí)現(xiàn)光譜波段的任意調(diào)諧，利用DSP處理器與遠(yuǎn)程控制裝置的交互，實(shí)現(xiàn)光譜的自動(dòng)獲取及計(jì)算參數(shù)的自動(dòng)修正，使用方便，成本較低。
【IPC分類】G01J3/02, G01J3/28
【公開號(hào)】CN105444883
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510958370
【發(fā)明人】曾延安, 賈大勝
【申請(qǐng)人】武漢麥視威光電科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日