一种宽谱段高分辨视频光谱成像系统和方法

技术特征：
1.一种宽谱段高分辨视频光谱成像系统，其特征在于：包括前置成像光学系统(1)、分光组件、面阵探测器i、面阵探测器ii及面阵探测器iii；前置成像光学系统(1)用于对目标成像；分光组件置于前置成像光学系统(1)与各个面阵探测器之间，用于将入射光束分束，获得三束不同波段范围的光束，将波段范围为λ
s
～λ
l
的光束定义光束i，将波段范围为λ
s
～λ
m
的光束定义为光束ii；将波段范围为λ
m
～λ
l
的光束定义为光束iii；其中λ
s
＜λ
m
＜λ
l
；入射光束的波段范围与光束i的波段范围相同；面阵探测器i的工作波段范围为λ
s
～λ
l
，用于接收光束i，获得全色高分辨率图像；面阵探测器ii的工作波段范围为λ
s
～λ
m
，用于接收光束ii，获得覆盖λ
s
～λ
m
工作波段范围的视频多光谱图像；面阵探测器iii的工作波段范围为λ
m
～λ
l
，用于接收光束iii，获得覆盖λ
m
～λ
l
工作波段范围的视频多光谱图像。2.根据权利要求1所述的宽谱段高分辨视频光谱成像系统，其特征在于：所述分光组件为胶合棱镜组件(2)，包括第一块二次反射棱镜(21)、第二块二次反射棱镜(22)和透射棱镜(23)；第一块二次反射棱镜(21)的ac面与第二块二次反射棱镜(22)的de面胶合，第二块二次反射棱镜(22)的ef面与透射棱镜(23)gh面胶合；第一块二次反射棱镜(21)的ac面上镀有分光膜；第二块二次反射棱镜(22)的ef面上镀有分色膜；第一块二次反射棱镜(21)的ab面作为入射面，第一块二次反射棱镜(21)的bc面作为光束i的出射面，第二块二次反射棱镜(22)的df面作为光束ii的出射面，透射棱镜(23)的pk面作为光束iii的出射面；工作波段范围为λ
s
～λ
l
的入射光束，通过前置成像光学系统(1)到达第一块二次反射棱镜(21)，通过第一块二次反射棱镜(21)ac面上的分光膜，将入射光束按一定的分光比分成两部分光束，其中一部分光束即光束i到达第一块二次反射棱镜(21)的ab面，再通过ab面的反射从bc面出射到达面阵探测器i靶面，得到全色高分辨率率图像；另一部分光束到达第二块二次反射棱镜(22)的ef面,通过其上的分色膜将工作波段范围为λ
s
～λ
l
的光束分为工作波段范围为λ
s
～λ
m
和λ
m
～λ
l
的光束ii和光束iii，其中光束ii通过第二块二次反射棱镜(22)的de面反射，从第二块二次反射棱镜(22)的df面出射到达面阵探测器ⅱ靶面(4)，得到覆盖λ
s
～λ
m
工作波段范围的视频多光谱图像；光束iii通过透射棱镜(23)到达面阵探测器ⅲ靶面(5)，得到覆盖λ
s
～λ
m
工作波段范围的视频多光谱图像。3.根据权利要求2所述的宽谱段高分辨视频光谱成像系统，其特征在于：所述前置成像光学系统(1)为透射式光路结构、全反射式光路结构或折返式光路结构。4.根据权利要求3所述的宽谱段高分辨视频光谱成像系统，其特征在于：前置成像光学系统(1)为照相系统、显微系统或望远系统。5.根据权利要求1-4任一所述的宽谱段高分辨视频光谱成像系统，其特征在于：面阵探测器ⅰ靶面(3)为高分辨率宽波段全色感光探测器靶面。6.根据权利要求5所述的宽谱段高分辨视频光谱成像系统，其特征在于：面阵探测器ⅱ靶面(4)及面阵探测器ⅲ靶面(5)均为马赛克像元镀膜视频光谱成像探测器靶面。7.一种宽谱段高分辨视频光谱成像方法，基于宽谱段高分辨视频光谱成像系统，其特
征在于，包括以下步骤：步骤1、基于宽谱段高分辨视频光谱成像系统获得全色高分辨率图像、覆盖λ
s
～λ
m
工作波段范围的视频多光谱图像及覆盖λ
m
～λ
l
工作波段范围的视频多光谱图像；步骤2、利用全色高分辨率图像对覆盖λ
s
～λ
m
工作波段范围的视频多光谱图像及覆盖λ
m
～λ
l
工作波段范围的视频多光谱图像进行高分辨率重构，得到高分辨率多光谱图像数据。8.根据权利要求7所述的宽谱段高分辨视频光谱成像方法，其特征在于，步骤2具体为：步骤2.1、提取覆盖λ
s
～λ
m
工作波段范围的视频多光谱图像及覆盖λ
m
～λ
l
工作波段范围的视频多光谱图像中每个单谱段图像数据：分别提取面阵探测器ⅱ靶面(4)和面阵探测器ⅲ靶面(5)上中心波长为λ
i
的像元对应的图像，得到中心波长为λ
i
的单谱段低分辨率图像；步骤2.2、利用每个单谱段低分辨率图像数据与全色高分辨率图像做重构，得到该谱段的高分辨率图像数据。9.根据权利要求8所述的宽谱段高分辨视频光谱成像方法，其特征在于，步骤1具体为：工作波段范围为λ
s
～λ
l
的入射光束，通过前置成像光学系统(1)到达第一块二次反射棱镜(21)，通过第一块二次反射棱镜(21)ac面上的分光膜，将入射光束按一定的分光比分成两部分光束，其中一部分光束即光束i到达第一块二次反射棱镜(21)的ab面，再通过ab面的反射从bc面出射到达面阵探测器i靶面，得到全色高分辨率率图像；另一部分光束到达第二块二次反射棱镜(22)的ef面,通过其上的分色膜将工作波段范围为λ
s
～λ
l
的光束分为工作波段范围为λ
s
～λ
m
和λ
m
～λ
l
的光束ii和光束iii，其中光束ii通过第二块二次反射棱镜(22)的de面反射，从第二块二次反射棱镜(22)的df面出射到达面阵探测器ⅱ靶面(4)，得到覆盖λ
s
～λ
m
工作波段范围的视频多光谱图像；光束iii通过透射棱镜(23)到达面阵探测器ⅲ靶面(5)，得到覆盖λ
s
～λ
m
工作波段范围的视频多光谱图像。

技术总结
本发明属于光谱成像技术领域，具体涉及一种宽谱段高分辨视频光谱成像系统和方法。解决目前基于像元镀膜分光成像机理的视频光谱成像系统中存在的工作波段范围窄、谱段少及图像分辨率低的技术弊端。成像系统包括前置成像光学系统、分光组件、面阵探测器I、面阵探测器II及面阵探测器III；通过分光组件将入射宽波段光束分成单独的两个工作波段，分别采用两块马赛克像元镀膜视频多光谱面阵探测器II和面阵探测器III同时接收，可一次性得到450nm-980nm工作波段范围的多光谱图像。通过面阵探测器I获得高分辨率图像，利用高分辨率图像采用图像重构算法实现马赛克像元镀膜视频多光谱面阵探测器Ⅱ和III高图像分辨率的重构，最后可以得到高分辨率多光谱图像。得到高分辨率多光谱图像。得到高分辨率多光谱图像。


技术研发人员：张周锋 杜剑 刘宏 于涛 刘嘉诚 李思远
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/4/26