一种平行光路组合式多源信息采集处理装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种平行光路组合式多源信息采集处理装置和方法，装置包括：光谱成像光路，包括第一主镜头、滤光片阵列、微透镜阵列和第一探测器，第一探测器获取通过第一主镜头、滤光片阵列和微透镜阵列的光形成第一图像；全色成像光路，包括第二主镜头和第二探测器，第二探测器获取经过第二主镜头的光形成第二图像；计算机，提取第一图像的低空间分辨率的多源信息和第二图像的高空间分辨率信息进行图像配准和融合重构，得到融合优化后的提升空间分辨率的多源图像。本发明具有如下优点：光谱成像光路和全色成像光路的主光轴平行，相互之间视角误差极小，能降低数据校正的复杂性和数据处理的难度，降低多源信息融合误差，提高目标成像探测的识别率。
【专利说明】
一种平行光路组合式多源信息采集处理装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于光学成像领域，具体设计一种平行光路组合式多源信息采集处理装置及方法。
【背景技术】
[0002]为了精确分析目标属性，相对应地单一遥感探测方式的弊端就愈发凸显，随着空间信息探测技术的不断发展，现如今的空间遥感已从单一的探测模式演变为对同一区域、同一目标的多源探测，并利用这些多种数据之间存在的互补性，挖掘出目标的丰富信息。但由于对目标探测信息种类的扩展，遥感平台上搭载的设备数量也会相应地增加，并且需要考虑不同设备成像模式的一致性，这样会导致设计上的困难，平台的复杂度增大及平台的重量增加等，并且不同的设备间成像模式的不一致性，会对平台有特定的要求，例如平台的稳定性要求高、平台载重需要满足多设备能够同时搭载等，这些问题的产生最终体现在工艺的复杂性、探测成本的增加等。
[0003]近年来出现的光场成像技术是通过在传统光学成像系统中添加特殊的调制单元，将目标二维空间分布信息和几何光线传播的二维方向信息同时记录下来，即实现二维探测器像面上不同方向光线有规律地分布。利用特定的信息处理方法实现对不同方向信息的提取，这样不同方向信息与探测器像面上相对应像元会形成一一映射关系。利用光场成像技术的上述特点，为多源信息的获取提供了一种技术手段，也为多源信息的同时探测供了理论依据和技术支持。
[0004]但上述的光场成像技术，信息维度的增加是以牺牲一定的空间分辨率为代价，因此现有的光场成像相机存在图像空间分辨率降低的问题，从而制约光场成像技术在光谱探测方面的应用。此外，多源信息之间的相互干扰也会影响信息提取的精度，因此，如何实现多源信息的精确获取，是必须解决的一个重点问题。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0006]为此，本发明的第一个目的在于提出一种平行光路组合式多源信息采集处理装置。
[0007]本发明的第二个目的在于提出一种平行光路组合式多源信息采集处理方法。
[0008]为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种平行光路组合式多源信息采集处理装置，包括:光谱成像光路，所述光谱成像光路包括第一主镜头、滤光片阵列、微透镜阵列和第一探测器，所述滤光片阵列设置在所述第一主镜头上，所述第一探测器用于获取通过所述第一主镜头、所述滤光片阵列和所述微透镜阵列的光形成第一图像;全色成像光路，所述全色成像光路包括第二主镜头和第二探测器，所述第二探测器用于获取经过所述第二主镜头的光形成第二图像;计算机，用于存储所述第一图像和所述第二图像，并提取所述第一图像的第一空间分辨率的多源信息以及第二图像的第二空间分辨率信息进行图像配准和融合重构，得到融合优化后的提升空间分辨率的多源图像;其中，所述第一空间分辨率小于所述第二空间分辨率，所述光谱成像光路的主轴和所述全色成像光路的主轴平行。
[0009]根据本发明实施例的平行光路组合式多源信息采集处理装置，光谱成像光路和全色成像光路的主光轴平行，相互之间视角误差极小，能降低后续数据校正的复杂性和数据处理的难度，以及降低多源信息融合误差，能提高目标成像探测的识别率。
[0010]另外，根据本发明上述实施例的平行光路组合式多源信息采集处理装置，还可以具有如下附加的技术特征:
[0011]进一步地，所述第一主镜头和所述第二主镜头的光学参数一致;所述第一主镜头和所述第一微透镜阵列之间的距离，与所述第二探测器和所述第二主镜头之间的距离相等。
[0012]进一步地，所述微透镜阵列中各透镜的F数与所述第一主镜头的有效F数、所述第二主镜头的有效F数均相等，所述第一探测器设置在所述微透镜阵列的焦平面处，所述第二探测器设置在所述第二主镜头的焦平面处。
[0013]进一步地，所述滤光片阵列设置在所述第一主镜头的光瞳处。
[0014]为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种平行光路组合式多源信息采集处理方法，包括以下步骤:通过光谱成像光路获取第一图像，其中，所述光谱成像光路包括第一主镜头、滤光片阵列、微透镜阵列和第一探测器，所述滤光片阵列设置在所述第一主镜头上，所述第一探测器用于获取通过所述第一主镜头、所述滤光片阵列和所述微透镜阵列的光形成第一图像;通过全色成像光路获取第二图像，其中，所述全色成像光路包括第二主镜头和第二探测器，所述第二探测器用于获取经过所述第二主镜头的光形成第二图像;提取所述第一图像的第一空间分辨率的多源信息以及第二图像的第二空间分辨率信息进行图像配准和融合重构，得到融合优化后的提升空间分辨率的多源图像;其中，所述第一空间分辨率小于所述第二空间分辨率，所述光谱成像光路的主轴和所述全色成像光路的主轴平行。
[0015]根据本发明实施例的平行光路组合式多源信息采集处理方法，光谱成像光路和全色成像光路的主光轴平行，相互之间视角误差极小，能降低后续数据校正的复杂性和数据处理的难度，以及降低多源信息融合误差，能提高目标成像探测的识别率。
[0016]另外，根据本发明上述实施例的平行光路组合式多源信息采集处理方法，还可以具有如下附加的技术特征:
[0017]进一步地，所述第一主镜头和所述第二主镜头的光学参数一致;所述第一主镜头和所述第一微透镜阵列之间的距离，与所述第二探测器和所述第二主镜头之间的距离相等。
[0018]进一步地，所述微透镜阵列中各透镜的F数与所述第一主镜头的有效F数、所述第二主镜头的有效F数均相等，所述第一探测器设置在所述微透镜阵列的焦平面处，所述第二探测器设置在所述第二主镜头的焦平面处。
[0019]进一步地，所述滤光片阵列设置在所述第一主镜头的光瞳处。
[0020]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0021]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0022]图1是本发明的平行光路组合式多源信息采集处理装置的结构框图；
[0023]图2是本发明一个实施例的光谱成像光路和全色成像光路的光学结构示意图；
[0024]图3是本发明一个实施例的多源信息处理流程图；
[0025]图4是本发明一个实施例的多源信息光场成像示意图；
[0026]图5是本发明一个实施例的滤光片阵列及子孔径投影示意图；
[0027]图6是本发明的平行光路组合式多源信息采集处理方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0029]参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0030]以下结合附图描述根据本发明实施例的平行光路组合式多源信息采集处理装置。
[0031]请参考图1，一种平行光路组合式多源信息采集处理装置，包括光谱成像光路、全色成像光路和计算机。
[0032]其中，光谱成像光路包括第一主镜头1、滤光片阵列2、微透镜阵列3和第一探测器
4。滤光片阵列2设置在第一主镜头I上，第一探测器4用于获取通过第一主镜头、滤光片阵列和微透镜阵列的光形成第一图像，并将第一图像发送给计算机进行存储。
[0033]具体地，请参考图4，入射光经过主镜头I后，经过滤光片阵列2调制后变为携带不同种类信息的出射光线，且光线方向与滤光片阵列2上的调制信息类型为一一对应关系。因此，目标经过主镜头I后成像于微透镜阵列3中的某一微透镜，然后不同孔径的信息经过微透镜后分布在微透镜后各不同像元。请参考图5，由于不同方向的光经过滤光片阵列2后调制为携带不同信息的光线，因此提取该微透镜下覆盖的不同像元的子图像则对应该位置目标不同类型的辐射信息。对应整个微透镜阵列3，通过对其覆盖下的数据信息进行提取和重新排列，就可以获取目标丰富的多源信息。
[0034]全色成像光路包括第二主镜头5和第二探测器6。第二探测器6用于获取经过第二主镜头5的光形成第二图像，并发送给计算机进行存储。
[0035]请参考图3，计算机用于提取第一图像的第一空间分辨率的多源信息以及第二图像的第二空间分辨率信息进行图像配准和融合重构，得到融合优化后的提升空间分辨率的多源图像。其中，第一空间分辨率小于第二空间分辨率，光谱成像光路的主轴和全色成像光路的主轴平行。
[0036]在本发明的一个实施例中，第一主镜头I和第二主镜头5的光学参数一致;第一主镜头I和第一微透镜阵列之间的距离，与第二探测器和第二主镜头之间的距离相等。
[0037]在本发明的一个实施例中，微透镜阵列中各透镜的F数与第一主镜头的有效F数、第二主镜头的有效F数均相等，第一探测器设置在微透镜阵列的焦平面处，第二探测器设置在第二主镜头的焦平面处。
[0038]在本发明的一个实施例中，滤光片阵列设置在第一主镜头的光瞳处。
[0039]本发明实施例的平行光路组合式多源信息采集处理装置，具有以下有益效果:
[0040]1、本发明采用基于微透镜阵列的光场成像机构与滤光片阵列作为光谱调制元件，可以实现一次拍照获得二维目标的三维光谱图像数据立方体和多个偏振态响应信息。
[0041]2、本发明采用线性渐变滤光片，滤光片阵列排布时只需沿宽度方向间隙排布，可有效提高探测器像元利用率，进而提高系统的光谱分辨率。
[0042]3、本发明中滤光片阵列中光谱和偏振部分采用了一定的排列分布形式，很好地避免信息之间的混叠，进而提高系统的信息获取准确性。
[0043]以下结合附图描述根据本发明实施例的平行光路组合式多源信息采集处理方法。
[0044]请参考图6，一种平行光路组合式多源信息采集处理方法，包括以下步骤:
[0045]S1:通过光谱成像光路获取第一图像。其中，光谱成像光路包括第一主镜头1、滤光片阵列2、微透镜阵列3和第一探测器4。滤光片阵列2设置在第一主镜头I上，第一探测器4用于获取通过第一主镜头、滤光片阵列和微透镜阵列的光形成第一图像，并将第一图像发送给计算机进行存储。
[0046]具体地，请参考图4，入射光经过主镜头I后，经过滤光片阵列2调制后变为携带不同种类信息的出射光线，且光线方向与滤光片阵列2上的调制信息类型为一一对应关系。因此，目标经过主镜头I后成像于微透镜阵列3中的某一微透镜，然后不同孔径的信息经过微透镜后分布在微透镜后各不同像元。请参考图5，由于不同方向的光经过滤光片阵列2后调制为携带不同信息的光线，因此提取该微透镜下覆盖的不同像元的子图像则对应该位置目标不同类型的辐射信息。对应整个微透镜阵列3，通过对其覆盖下的数据信息进行提取和重新排列，就可以获取目标丰富的多源信息。
[0047]S2:通过全色成像光路获取第二图像。其中，全色成像光路包括第二主镜头5和第二探测器6。第二探测器6用于获取经过第二主镜头5的光形成第二图像，并发送给计算机进行存储。
[0048]S3:提取第一图像的第一空间分辨率的多源信息以及第二图像的第二空间分辨率信息进行图像配准和融合重构，得到融合优化后的提升空间分辨率的多源图像。其中，第一空间分辨率小于第二空间分辨率，光谱成像光路的主轴和全色成像光路的主轴平行。
[0049]在本发明的一个实施例中，第一主镜头I和第二主镜头5的光学参数一致;第一主镜头I和第一微透镜阵列之间的距离，与第二探测器和第二主镜头之间的距离相等。
[0050]在本发明的一个实施例中，微透镜阵列中各透镜的F数与第一主镜头的有效F数、第二主镜头的有效F数均相等，第一探测器设置在微透镜阵列的焦平面处，第二探测器设置在第二主镜头的焦平面处。
[0051]在本发明的一个实施例中，滤光片阵列设置在第一主镜头的光瞳处。
[0052]本发明实施例的平行光路组合式多源信息采集处理方法，具有以下有益效果:
[0053]1、本发明采用基于微透镜阵列的光场成像机构与滤光片阵列作为光谱调制元件，可以实现一次拍照获得二维目标的三维光谱图像数据立方体和多个偏振态响应信息。
[0054]2、本发明采用线性渐变滤光片，滤光片阵列排布时只需沿宽度方向间隙排布，可有效提高探测器像元利用率，进而提高系统的光谱分辨率。
[0055]3、本发明中滤光片阵列中光谱和偏振部分采用了一定的排列分布形式，很好地避免信息之间的混叠，进而提高系统的信息获取准确性。
[0056]另外，本发明实施例的平行光路组合式多源信息采集处理装置及方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
[0057]在本说明书的描述中，镜头的光学参数一致，以及F数等定义相对于本专业人员而言是基本常识，无需过度阐述。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0058]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
【主权项】
1.一种平行光路组合式多源信息采集处理装置，其特征在于，包括: 光谱成像光路，所述光谱成像光路包括第一主镜头、滤光片阵列、微透镜阵列和第一探测器，所述滤光片阵列设置在所述第一主镜头上，所述第一探测器用于获取通过所述第一主镜头、所述滤光片阵列和所述微透镜阵列的光形成第一图像； 全色成像光路，所述全色成像光路包括第二主镜头和第二探测器，所述第二探测器用于获取经过所述第二主镜头的光形成第二图像； 计算机，用于存储所述第一图像和所述第二图像，并提取所述第一图像的第一空间分辨率的多源信息以及第二图像的第二空间分辨率信息进行图像配准和融合重构，得到融合优化后的提升空间分辨率的多源图像； 其中，所述第一空间分辨率小于所述第二空间分辨率，所述光谱成像光路的主轴和所述全色成像光路的主轴平行。2.根据权利要求1所述的平行光路组合式多源信息采集处理装置，其特征在于，所述第一主镜头和所述第二主镜头的光学参数一致;所述第一主镜头和所述第一微透镜阵列之间的距离，与所述第二探测器和所述第二主镜头之间的距离相等。3.根据权利要求1所述的平行光路组合式多源信息采集处理装置，其特征在于，所述微透镜阵列中各透镜的F数与所述第一主镜头的有效F数、所述第二主镜头的有效F数均相等，所述第一探测器设置在所述微透镜阵列的焦平面处，所述第二探测器设置在所述第二主镜头的焦平面处。4.根据权利要求1所述的平行光路组合式多源信息采集处理装置，其特征在于，所述滤光片阵列设置在所述第一主镜头的光瞳处。5.一种平行光路组合式多源信息采集处理方法，其特征在于，包括以下步骤: 通过光谱成像光路获取第一图像，其中，所述光谱成像光路包括第一主镜头、滤光片阵列、微透镜阵列和第一探测器，所述滤光片阵列设置在所述第一主镜头上，所述第一探测器用于获取通过所述第一主镜头、所述滤光片阵列和所述微透镜阵列的光形成所述第一图像； 通过全色成像光路获取第二图像，其中，所述全色成像光路包括第二主镜头和第二探测器，所述第二探测器用于获取经过所述第二主镜头的光形成第二图像； 提取所述第一图像的第一空间分辨率的多源信息以及第二图像的第二空间分辨率信息进行图像配准和融合重构，得到融合优化后的提升空间分辨率的多源图像； 其中，所述第一空间分辨率小于所述第二空间分辨率，所述光谱成像光路的主轴和所述全色成像光路的主轴平行。6.根据权利要求5所述的平行光路组合式多源信息采集处理方法，其特征在于，所述第一主镜头和所述第二主镜头的光学参数一致;所述第一主镜头和所述第一微透镜阵列之间的距离，与所述第二探测器和所述第二主镜头之间的距离相等。7.根据权利要求1所述的平行光路组合式多源信息采集处理方法，其特征在于，所述微透镜阵列中各透镜的F数与所述第一主镜头的有效F数、所述第二主镜头的有效F数均相等，所述第一探测器设置在所述微透镜阵列的焦平面处，所述第二探测器设置在所述第二主镜头的焦平面处。8.根据权利要求1所述的平行光路组合式多源信息采集处理方法，其特征在于，所述滤光片阵列设置在所述第一主镜头的光瞳处。
【文档编号】G01J3/28GK106066207SQ201610339205
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年5月19日 公开号201610339205.1, CN 106066207 A, CN 106066207A, CN 201610339205, CN-A-106066207, CN106066207 A, CN106066207A, CN201610339205, CN201610339205.1
【发明人】袁艳, 胡亮, 苏丽娟
【申请人】北京航空航天大学