一种宽幅成像与超光谱协同预警系统及方法与流程

1.本发明涉及遥感光电探测和预警技术领域，尤其涉及一种宽幅成像与超光谱协同预警系统及方法。


背景技术：

2.宽幅成像技术普遍应用于远程或遥感探测领域，进行普查。但是传统的宽幅成像技术在市场普查方面存在虚预警。为此，将宽幅成像普查与超光谱精准识别相结合，进行协同预警，但是，现有结构中并未实现宽幅成像普查与超光谱精准识别的同步，也未解决超光谱干涉仪动态范围不足的缺点。
3.因此，提出一种宽幅成像与超光谱协同预警系统及方法，解决宽幅成像普查与超光谱精准识别不能同步的问题，实现在车载、机载和星载等远程或遥感探测领域特征目标的预警筛查，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种宽幅成像与超光谱协同预警系统及方法，对应的特征目标识别机构操作简单，通过宽幅视场相机通过特定像元的微控调制，可实现特征目标在不同空间分辨率、宽动态范围条件下的精准识别。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种宽幅成像与超光谱协同预警系统，包括：
7.一次成像系统10、数字微镜阵列20、以及第一准直系统30.1、第二准直系统30.2、第一反射镜40.1、第二反射镜40.2、宽幅成像滤光片50.1、窄带滤光片50.2、宽幅成像仪60和超光谱干涉仪70；
8.所述一次成像系统10和数字微镜阵列20设置在垂直于被测目标入射方向；所述第一准直系统30.1、所述第一反射镜40.1、所述宽幅成像滤光片50.1、所述宽幅成像仪60，与所述第二准直系统30.2、所述第二反射镜40.2、所述窄带滤光片50.2、所述超光谱干涉仪70以所述被测目标入射方向为对称轴，设置于所述对称轴的两侧。
9.优选的，所述数字微镜阵列20对于入射光具有三种翻转状态：0态、﹢1 态和
‑
1态，具体内容为：
10.0态：入射光经所述数字微镜阵列20原路反射至所述被测目标；
11.﹢1态：入射光经所述准直系统30.1、所述反射镜40.1、所述宽幅成像滤光片50.1入射至所述宽幅成像仪60，实现宽幅成像；
12.‑
1态：入射光经所述准直系统30.2、所述反射镜40.2、所述窄带滤光片 50.2入射至所述超光谱干涉仪70中进行精细光谱识别。
13.优选的，所述数字微镜阵列20包括m
×
n个独立控制的微元，每个所述微元具有三种翻转状态：0态、﹢1态和
‑
1态。
14.优选的，所述数字微镜阵列20包括目标微元20.1和其余微元20.2。
15.优选的，所述宽幅成像仪60由同轴投射或离轴反射设置的镜头60.1和宽幅成像仪感光组件60.2构成。
16.优选的，所述超光谱干涉仪70由分束器70.1、光程差调制元件70.2、干涉仪成像镜组70.3和干涉仪感光组件70.4构成；
17.所述分束器70.1将入射光投射于所述光程差调制元件70.2进行调制后产生干涉条纹，经过所述干涉仪成像组70.3将所述干涉条纹按照设定的缩放比例成像在所述干涉仪感光组件70.4。
18.一种宽幅成像与超光谱协同预警方法，包括如下步骤：
19.所述数字微镜阵列20所有微元均为
‑
1态，所述宽幅成像仪60进行全视场宽幅普查；
20.判断是否有被测目标，若无被测目标，则所述其余微元20.2保持
‑
1态，所述宽幅成像仪60其余视场同步普查；若有被测目标，则所述目标微元20.1 翻转至 1态，所述超光谱干涉仪70多视场精细光谱识别；
21.判断所述超光谱干涉仪70是否有空间分辨率要求，若有要求，则增加
‑
1 态所述其余微元20.2的数量，所述宽幅成像仪60增加其余视场同步普查；或减少 1态所述目标微元20.1的数量，所述超光谱干涉仪70空间分辨率精细光谱识别；若无要求，则保持 1态所述目标微元20.1的数量不变，所述超光谱干涉仪70多视场精细光谱识别。
22.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种宽幅成像与超光谱协同预警系统及方法：可实现宽幅成像普查与精细光谱同步探测，功能多、虚警率低；精细光谱识别目标空间分辨率可调，微控单元翻转方案操作简单，实现迅速调节；适应性强，对于辐射强度过低或者过强的被测目标，自适应调节相应微控单元的翻转时间，有效提升超光谱干涉仪和宽幅成像仪的动态范围。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1为本发明一种宽幅成像与超光谱协同预警系统的结构布局图；
25.图2为本发明实数字微镜阵列构成图；
26.图3为本发明单个数字微镜的三种翻转状态图其中，(a)为0态、(b) 为﹢1态和(c)为
‑
1态；
[0027][0028]
图4为本发明宽幅成像仪的结构示意图；
[0029]
图5为本发明超光谱干涉仪的结构示意图；
[0030]
图6为本发明一种宽幅成像与超光谱协同预警方法的时序图；
[0031]
图7为本发明自适应调节翻转调制时间流程图；
[0032]
图8为探测器典型响应曲线。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
参照图1所示，本实发明公开了一种宽幅成像与超光谱协同预警系统，包括：一次成像系统10、数字微镜阵列20、以及第一准直系统30.1、第二准直系统30.2、第一反射镜40.1、第二反射镜40.2、宽幅成像滤光片50.1、窄带滤光片50.2、宽幅成像仪60和超光谱干涉仪70；
[0035]
一次成像系统10和数字微镜阵列20设置在垂直于被测目标入射方向；第一准直系统30.1、第一反射镜40.1、宽幅成像滤光片50.1、宽幅成像仪60，与第二准直系统30.2、第二反射镜40.2、窄带滤光片50.2、超光谱干涉仪70 以被测目标入射方向为对称轴，设置于对称轴的两侧。
[0036]
在一个具体实施例中，参照图3所示，数字微镜阵列20对于入射光具有三种翻转状态：0态、﹢1态和
‑
1态，具体内容为：
[0037]
0态：入射光经数字微镜阵列20原路反射至被测目标；
[0038]
﹢1态：入射光经准直系统30.1、反射镜40.1、宽幅成像滤光片50.1入射至宽幅成像仪60，实现宽幅成像；
[0039]
‑
1态：入射光经准直系统30.2、反射镜40.2、窄带滤光片50.2入射至超光谱干涉仪70中进行精细光谱识别。
[0040]
在一个具体实施例中，参照图2和图3所示，数字微镜阵列20包括m
×
n 个独立控制的微元，每个微元具有三种翻转状态：图3中(a)为0态、(b) 为﹢1态和(c)为
‑
1态。
[0041]
在一个具体实施例中，参照图2所示，数字微镜阵列20包括目标微元20.1 和其余微元20.2。
[0042]
在一个具体实施例中，一次成像系统10可以是反射成像系统或透射物镜系统，一次成像实像面位于数字微镜阵列20处。
[0043]
在一个具体实施例中，参照图4所示，宽幅成像仪60由同轴投射或离轴反射设置的镜头60.1和宽幅成像仪感光组件60.2构成。
[0044]
镜头60.1可以是反射成像系统或透射成像系统，宽幅成像仪感光组件60.2 与数字微镜阵列20共轭从而实现宽幅成像、被测目标普查功能。
[0045]
在一个具体实施例中，参照图5所示，超光谱干涉仪70由分束器70.1、光程差调制元件70.2、干涉仪成像镜组70.3和干涉仪感光组件70.4构成；
[0046]
分束器70.1可以为分束棱镜形式或分束片和补偿片形式；光程调制元件 70.2可以为两臂扩视场棱镜和光栅形式，或两臂阶梯反射镜，或单臂反射镜和单臂光栅形式；
[0047]
分束器70.1将入射光投射于光程差调制元件70.2进行调制后产生干涉条纹，经过干涉仪成像组70.3将干涉条纹按照设定的缩放比例成像在干涉仪感光组件70.4。
[0048]
在一个具体实施例中，第一准直系统30.1和第二准直系统30.2可以是反射同轴准直系统、反射离轴准直或透射准直系统。经第一准直系统30.1准直后的平行光视场范围满足宽幅成像仪60普查要求，经第二准直系统30.2准直后的平行光视场角满足超光谱干涉仪
70精细光谱特征识别要求。
[0049]
第一反射镜40.1和第二反射镜40.2分别将第一准直系统30.1和第二准直系统30.2出射的平行光折转至宽幅成像仪60和超光谱干涉仪70中，可以有效减少仪器整体尺寸。根据光路布局需要，第一反射镜40.1和第二反射镜40.2 的数量可以为零，也可分别在宽幅成像仪60和超光谱干涉仪70光路前分别增加反射镜数量。
[0050]
宽幅成像滤光片50.1满足宽幅成像仪60所需透过光谱范围、截止光谱范围以及截止深度需求，窄带滤光片50.2满足超光谱干涉仪70所需采样倍率、透过光谱范围、截止光谱范围以及截止深度需求。
[0051]
在一个具体实施例中，依据被测目标辐射强度，数字微镜阵列相应像元自适应调节翻转调制时间，实现不同空间分辨率、宽动态范围输入条件下的精细光谱识别。
[0052]
参照图6所示，本发明公开了一种宽幅成像与超光谱协同预警方法，包括如下步骤：
[0053]
数字微镜阵列20所有微元均为
‑
1态，宽幅成像仪60进行全视场宽幅普查；
[0054]
判断是否有被测目标，若无被测目标，则其余微元20.2保持
‑
1态，宽幅成像仪60其余视场同步普查；若有被测目标，则目标微元20.1翻转至 1 态，超光谱干涉仪70多视场精细光谱识别；
[0055]
判断超光谱干涉仪70是否有空间分辨率要求，若有要求，则增加
‑
1态其余微元20.2的数量，宽幅成像仪60增加其余视场同步普查；或减少 1态目标微元20.1的数量，超光谱干涉仪70空间分辨率精细光谱识别；若无要求，则保持 1态目标微元20.1的数量不变，超光谱干涉仪70多视场精细光谱识别。
[0056]
在一个具体实施例中，参照图7和图8所示，数字微镜阵列20，其中目标微元20.1每个独立微元可根据干涉仪感光组件70.4的响应值，自适应调整翻转次数下：
[0057]
当被测目标辐射强度低欠响应时，即dn＜dn
min
，可增加超光谱干涉仪的积分时间tc，同时增加目标微元20.1“ 1”态翻转次数n
1
；
[0058]
当被测目标辐射强度高过饱和时，即dn＞dn
max
，减少目标微元20.1“ 1”态翻转次数n
1
，相应地增加“0”态的翻转次数n0，且n＝n
1
n0，在保证干涉仪探测器积分时间tc不变的条件下，满足dn∈[dn
min
,dn
max
]。
[0059]
从而达到改善超光谱干涉仪70探测动态范围的目的。
[0060]
相应地，其余微元20.2每个独立微元可根据宽幅成像仪感光组件60.2的响应值，自适应调整翻转次数，当其余普查目标辐射强度低时，即处于欠响应状态时，增加其余微元20.2
“‑
1”态翻转次数；当其余普查目标辐射强度高时，即处于过响应状态时，减少其他微元20.2
“‑
1”态翻转次数，从而改善宽幅成像仪60探测的动态范围。
[0061]
对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。