高光谱图像生成方法、高光谱成像系统及光学色散装置与流程

本公开总体上涉及一种成像技术，更具体地，涉及一种高光谱图像生成方法、高光谱成像系统及光学色散装置。

背景技术：

1、在高光谱成像（hyperspectral imaging，hsi）系统中，色散装置如棱镜和光学衍射元件是用于引入色散以分析物体反射光或透射光中的光谱信息，这些色散装置的色散能力直接影响系统的光谱分辨能力。例如，在处理波长范围在400至900纳米的光谱时，更多的传感像素将可以获得更丰富的光谱信息。一般来说，增加系统的长度或色散元件的数量（例如，增加更多的棱镜或光学衍射元件）是提高光谱分辨率的常见方法。

2、增加棱镜数量会带来较高的加工成本。此外，若要获得更强的色散能力，需要增加棱镜的角度，这将导致系统体积增大和相应的成本提高。再者，使用不同材料制成的棱镜组合以产生色散，虽然可以增强色散能力，但增加这些材料之间的折射率差异会影响到镜头的调制传递函数（modulation transfer function，mtf），导致不同波长的光在到达传感器后相互干扰，从而降低了系统的分辨率。

3、另一方面，增加衍射光学元件的数量会引入许多问题。例如，增加更多衍射元件引入与杂散光相关的问题，从而影响到系统的精度；衍射元件的反射、散射以及多阶衍射等因素会影响到系统的效率；增加衍射元件的数量导致的杂散光会造成信噪比下降等。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供一种高光谱图像生成方法、高光谱成像系统及光学色散装置，能够有效地增加色散以提高光谱分辨率，同时维持成本。

2、本公开的第一方面提出了一种光学色散装置，用以将图像中继至图像传感器。所述光学色散装置包括第一光学元件以及多个第二光学元件。第一光学元件具有第一主轴（principal axis）。多个第二光学元件共用第二主轴。第一主轴相对于第二主轴设置有一偏移，并且所述偏移包括平行位移和角度偏差的至少一个。

3、在第一方面的一些实施例中，图像通过光路被中继至图像传感器，第二主轴对齐所述光路的光轴（optical axis），并且第一主轴与所述光轴之间存在所述偏移。

4、在第一方面的一些实施例中，角度偏差包括沿第二主轴旋转的角度。

5、在第一方面的一些实施例中，角度偏差包括沿垂直于第二主轴的第一轴旋转的角度。

6、在第一方面的一些实施例中，光学色散装置还包括用以调整所述偏移的调整元件。

7、在第一方面的一些实施例中，调整元件还用以增加平行位移，以增加图像的光谱分散；以及减少平行位移，以降低图像的光谱分散。

8、在第一方面的一些实施例中，调整元件还用以增加角度偏差，以增加图像的光谱分散；以及减少角度偏差，以降低图像的光谱分散。

9、在第一方面的一些实施例中，第一光学元件以及第二光学元件包括变焦镜头，并且变焦镜头用以调整光学色散装置的放大率。

10、在第一方面的一些实施例中，第一光学元件包括透镜、棱镜、光栅以及平面镜的至少一个。

11、在第一方面的一些实施例中，第二光学元件包括透镜、棱镜、光栅以及平面镜的至少一个。

12、本公开的第二方面提出了一种高光谱成像系统，包括掩膜、第一图像传感器以及上述光学色散装置。光学色散装置用以中继来自掩膜的掩膜图像至第一图像传感器。

13、在第二方面的一些实施例中，高光谱成像系统还包括处理器。处理器耦接于第一图像传感器，并且用以基于来自第一图像传感器的第一输出图像、光学色散装置的配置以及掩膜的图案进行分析。

14、在第二方面的一些实施例中，高光谱成像系统包括物镜、第二图像传感器以及分光器。第二图像传感器耦接于处理器。分光器用以将来自物镜的输入图像分裂至掩膜以及第二图像传感器。处理器还用以基于第一输出图像、来自第二图像传感器的第二输出图像、光学色散装置的配置以及掩膜的图案进行分析。

15、在第二方面的一些实施例中，光学色散装置的配置包括所述偏移。

16、本公开的第三方面提出了一种生成高光谱图像的方法，包括：提供掩膜；提供上述的光学色散装置；通过掩膜将输入图像转换为掩膜图像；以及通过光学色散装置将掩膜图像中继至图像传感器。

17、本公开的第四方面提出了一种光学色散装置，用以将图像中继至图像传感器。光学色散装置包括第一光学元件、多个第二光学元件以及调整元件。第一光学元件具有第一主轴，多个第二光学元件共用第二主轴，并且调整元件用以调节第一主轴与第二主轴之间的偏移。上述偏移包括平行位移和角度偏差的至少一个。

1.一种光学色散装置，用以将图像中继至图像传感器，所述光学色散装置包括：

2.如权利要求1所述的光学色散装置，其特征在于，所述图像通过光路被中继至所述图像传感器，所述第二主轴与所述光路的光轴对齐，并且所述第一主轴与所述光轴之间存在所述偏移。

3.如权利要求1或2所述的光学色散装置，其特征在于，所述角度偏差包括沿所述第二主轴旋转的角度。

4.如权利要求1至3中任一项所述的光学色散装置，其特征在于，所述角度偏差包括沿第一轴旋转的角度，并且所述第一轴垂直于所述第二主轴。

5.如权利要求1至4中任一项所述的光学色散装置，其特征在于，还包括：

6.如权利要求5所述的光学色散装置，其特征在于，所述调整元件还配置为：

7.如权利要求5或6所述的光学色散装置，其特征在于，所述调整元件还用以：

8.如权利要求1至7中任一项所述的光学色散装置，其特征在于，所述第一光学元件以及所述第二光学元件包括变焦镜头，并且所述变焦镜头被配置为调整所述光学色散装置的放大率。

9.如权利要求1至8中任一项所述的光学色散装置，其特征在于，所述第一光学元件包括透镜、棱镜、光栅以及平面镜的至少一个。

10.如权利要求1至9中任一项所述的光学色散装置，其特征在于，所述第二光学元件包括透镜、棱镜、光栅以及平面镜的至少一个。

11.一种高光谱成像系统，其特征在于，所述高光谱成像系统包括：

12.如权利要求11所述的高光谱成像系统，其特征在于，还包括：

13.如权利要求12所述的高光谱成像系统，其特征在于，还包括：

14.如权利要求12或13所述的高光谱成像系统，其特征在于，所述光学色散装置的所述配置包括所述偏移。

15.一种高光谱图像的生成方法，其特征在于，包括：

16.一种光学色散装置，用以将图像中继至图像传感器，其特征在于，所述光学色散装置包括：