一种多谱段滤光成像方法

技术领域

本发明涉及航空、航天多光谱成像技术领域，具体涉及一种多谱段滤光成像方法。

背景技术

滤光机构是一种实现航空、空间摇杆相机多光谱成像的关键部件，其通过滤光元件的切换对进入光路中的光线进行过滤，让特定谱段的光线通过，最终实现多个谱段的成像，获取被观测目标的光谱信息。

随着航空、航天摇杆领域的飞速发展，尤其是超大口径空间遥感器的技术突破，空间遥感器应用场景日益复杂，对光学通道和光学谱段细分程度越来越高，滤光片的数量越来越多，尺寸也日益增大。

目前，光学遥感器的多谱段滤光机构常使用转盘形式，例如公开号为CN108957673A的中国发明专利申请公开的结构，其优点是结构简单，单电机驱动，可靠性高，但是缺点也同样明显；对于大尺寸、多谱段滤光成像需求迫切的大口径空间遥感器的需求，其尺寸大到无法布置，最终导致应用受限。而为了避免上述结构缺点的阵列式滤光机构，如公开号为CN112485878A的中国发明专利申请公开的结构，其动力源多，控制系统复杂，可靠性不高，而且对于更多谱段(10个以上)，其体积依然很大，集成同样困难。

因此，基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种简单、可靠、高效的多谱段滤光成像方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供多谱段滤光成像方法，其简单、可靠、高效，用于完成空间光学相机面阵成像系统的多谱段成像，获得不同谱段图像的使用需求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的一种多谱段滤光成像方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：滤光片镀膜及谱段编码：

所述滤光片由按照规律分布的多个局部过滤区组成，所述局部过滤区能够对所经过光线的单一光谱进行过滤；

步骤2：所述滤光片在成像光路内按规律运动：

所述滤光片在所述成像光路内按照设定的运动规律进行运动；

步骤3：面阵焦面成像：

所述成像光路通过所述滤光片后在面阵焦面处成像，图像采集设备采集到包含不同谱段信息的图像S

步骤4：将所述面阵焦面成像图像按谱段进行分割：

包含不同谱段信息的图像S

步骤5：将分割后的图像按照谱段进行合成：

将多幅图像S

步骤6：重复步骤2至步骤5即可获得不同目标的多光谱成像信息。

在上述技术方案中，本发明提供的一种多谱段滤光成像方法，有益效果，采用该方法进行多谱段面阵成像，可以显著的降低滤光机构的复杂程度，提高机构可靠性；可以显著的降低机构体积、重量，缩短任务研制周期，降低研制成本；机构不会受成像谱段的影响，使用同样的滤光机构，可以实现多光谱，甚至高光谱成像，理论成像谱段无上限，应用范围广；通过设置滤光机构的运动规律和成像策略，可以实现凝视、短曝光等成像模式，功能性强；本发明可用于所有利用面阵成像，并对谱段有需要的成像领域。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种多谱段滤光成像方法中滤光示意图；

图2为本发明公开的一种多谱段滤光成像方法中滤光片谱段示意图；

图3为本发明公开的一种多谱段滤光成像方法中滤光片通光窗口的位置示意图(处于初始位置)；

图4为本发明公开的一种多谱段滤光成像方法中滤光片第一幅图像采集完毕后滤光片的位置示意图；

图5为本发明公开的一种多谱段滤光成像方法中滤光片第i幅图像采集完毕后滤光片的位置示意图；

图6为本发明公开的一种多谱段滤光成像方法中一个成像周期所有n(n＝6)幅图像中谱段信息示意图；

图7为本发明公开的一种多谱段滤光成像方法中对一个成像周期所有n(n＝6)幅图像按谱段进行分割示意图；

图8为本发明公开的一种多谱段滤光成像方法中对一个成像周期内的分割图像按谱段合成示意图；

图9为本发明公开的一种多谱段滤光成像方法流程图。

附图标记说明：

图中：1、成像光路；2、滤光片；2-1、局部过滤区；3、成像装置；4、通光窗口；5、谱段混叠成像区。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1-9所示；

发明一种多谱段滤光成像方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：滤光片2镀膜及谱段编码：

滤光片2由按照规律分布的多个局部过滤区2-1组成，局部过滤区2-1通过镀膜的方式可以对所经过光线的单一光谱进行过滤，具体的，参见图1所示，每一个长条状区域都是一个局部过滤区域2-1，也就是说滤光片2上面的局部过滤区域2-1是按规律依次紧挨着分布的。

步骤2：滤光片2在成像光路1内按规律运动：

滤光片2在成像光路1内按照设定的运动规律进行运动，具体的，运动方向与谱段条带垂直时滤光效率最高，平行时不起作用，当然滤光片2的运动方向也可以与谱段阵列不垂直设置；

步骤3：面阵焦面成像：

成像光路1通过滤光片2后在面阵焦面处通过成像装置3成像，图像采集设备采集到包含不同谱段信息的图像S

步骤4：将面阵焦面成像图像按谱段进行分割：

包含不同谱段信息的图像S

步骤5：将分割后的图像按照谱段进行合成：

将多幅图像S

步骤6：重复步骤2至步骤5即可获得不同目标的多光谱成像信息。

具体实施方式一；

图1为滤光示意图，滤光片2上镀有长条状滤光膜(所有滤光膜的宽度相同为l，长度相等)，可以起到只透射特定谱段(B

图3为滤光片通光窗口4的位置示意图(处于初始位置)，使用凝视成像模式，成像时间为ΔT＝ΔS/v，图4为滤光片第一幅图像采集完毕后滤光片的位置示意图，图5为滤光片第i幅图像采集完毕后滤光片的位置示意图，这样在滤光片2匀速移动过程中，在成像焦面上存在宽度为s＝l-ΔS的单一谱段图像和宽度为ΔS的混合谱段图像(如图6一个成像周期所有n(n＝6)幅图像中谱段信息示意图)。为了便于理解图4至图7中ΔS＝l/2。经过一个周期(可以获得成像目标所有谱段信息图像的成像ΔS＝l/2时，成像次数为6)的凝视成像过程后。将所有单一谱段图像进行分割(如图7所示)，然后按谱段将图像进行合成(图8为合成后的单一谱段图像)。在实际使用时可以将ΔS略小于l/2，这样在进行图像按谱段分割时，有一定的图像重合，可以更方便的进行图像合成。虽然，具体实施例是以3个谱段作为介绍，但是本发明所述方法可以将谱段进行无限扩展，谱段阵列也可以采用非规律方式。

当完成一个成像周期时，可以选择滤光片2原方向运动获取下一个成像周期的多谱段图像，或者将运动方向相反，也可以经过一个周期的成像，获得全谱段信息，当采用这种成像方式时，滤光机构的结构尺寸最小，集成度最高。

由上述介绍可知，凝视成像时间与滤光片2运动速度有关，因此可以通过降低运动速度来延长成像时间，而不需要增大调整滤光片2上滤光膜的宽度，因此滤光膜可以做的非常窄，这样滤光机构可以非常紧凑，滤光谱段也可以非常多，而且扩展容易，代价很小。

具体实施方式二；

该实施例与实施例一基本相同，在此不再一一赘述，区别在于滤光片2运动规律不采用匀速运动，而是采用运动、停止式的间歇运动方式，当运动一次移动l，然后再停止段进行成像的方式，其时间利用率最高。

具体实施方式三；

该实施例与实施例一基本相同，在此不再一一赘述，区别在于滤光片2使用二维滤光编码，并在水平及竖直方向以一定规律运动，从而获得更高光谱的成像效率，测试滤光片2上的滤光膜需要使用矩形格二维阵列，图像处理难度也非常高。

具体实施方式四；

该实施例与实施例一基本相同，在此不再一一赘述，区别在于滤光片2使用反射式滤光膜，本发明所述方法也可以应用于反射式滤光光路。

在上述技术方案中，本发明提供的一种多谱段滤光成像方法，有益效果，采用该方法进行多谱段面阵成像，可以显著的降低滤光机构的复杂程度，提高机构可靠性；可以显著的降低机构体积、重量，缩短任务研制周期，降低研制成本；机构不会受成像谱段的影响，使用同样的滤光机构，可以实现多光谱，甚至高光谱成像，理论成像谱段无上限，应用范围广；通过设置滤光机构的运动规律和成像策略，可以实现凝视、短曝光等成像模式，功能性强；本发明可用于所有利用面阵成像，并对谱段有需要的成像领域。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。