本發(fā)明涉及快照式光譜成像技術領域，特別涉及一種微反射鏡陣列設計方法、系統(tǒng)及微反射鏡陣列。

背景技術：

基于像面分割和孔徑投影的快照式成像光譜儀是一種新型的成像光譜儀，其探測過程無需掃描，可以一次曝光成像得到目標完整的三維數(shù)據(jù)立方體，包含二維空間信息和一維光譜信息。同時具有高通量、結構緊湊和數(shù)據(jù)處理簡單等優(yōu)點。近年來在生物醫(yī)學、安全生產(chǎn)監(jiān)測和遙感探測等領域獲得了廣泛的應用。

該新型成像光譜儀是一種分像面型快照式成像光譜儀，其利用微反射鏡陣列將目標的一次像分割成數(shù)百個區(qū)域，并投射到不同的方向，再利用棱鏡分光，從而將目標的空間信息和光譜信息同時調制成像在面陣探測器上。其中，微反射鏡陣列是該新型成像光譜儀的關鍵器件。

由于該成像光譜儀的結構特點，由微反射鏡陣列和準直鏡形成的子孔徑陣列面上的光強分布，相鄰子孔徑間會發(fā)生光線的串擾(Cross Talk)。該串擾是由于微反射鏡狹長的形狀所引起的衍射現(xiàn)象和子孔徑間較小的間距造成的，會對探測數(shù)據(jù)的準確性造成影響，影響重構單譜段圖像的圖像質量和目標點光譜信息的準確性。所以，有必要優(yōu)化系統(tǒng)設計以減小相鄰子孔徑間的串擾。

根據(jù)文獻[1]Liang Gao and et al,"Snapshot Image Mapping Spectrometer(IMS)with high sampling density for hyperspectral microscopy,"Opt.Express 18,14330-14344,2010；[2]Robert T.Kester and et al,"Development of image mappers for hyperspectral biomedical imaging applications,"Appl.Opt.49,1886-1899,2010；[3]T.Nguyen and et al,"Snapshot 3D Optical Coherence Tomography System using Image Mapping Spectrometer,"in Biomedical Optics and 3-D Imaging,2012.常見的方法主要是增大相鄰子孔徑的間距；改善加工方法，完善微反射鏡面的加工精度，使得鏡面更平整；子孔徑陣列面添加光闌陣列，擋住部分串擾光線。以上方法均具有局限性，受限于系統(tǒng)整體尺寸，無法將相鄰子孔徑間距做的足夠大。另外，由于精密加工工藝的限制，微反射鏡鏡面會形成一定的面型誤差，造成更大的衍射彌散。在實際的系統(tǒng)中，該串擾的量值在6％～10％左右，嚴重影響成像探測數(shù)據(jù)質量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種微反射鏡陣列設計方法，該方法能夠較大程度地降低子孔徑間的串擾，改善成像探測數(shù)據(jù)質量。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種微反射鏡陣列設計系統(tǒng)。

本發(fā)明的第三個目的在于提出一種微反射鏡陣列。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的實施例提出了一種微反射鏡陣列設計方法，包括以下步驟：根據(jù)快照式成像光譜儀指標要求，確定所述微反射鏡陣列的參數(shù)；根據(jù)所述微反射鏡陣列的參數(shù)，對所述微反射鏡陣列的偏轉角度值進行設置及對所述微反射鏡陣列進行排布，以使經(jīng)所述微反射鏡陣列反射后的光波場，通過系統(tǒng)準直鏡后，在子孔徑陣列面形成的光強度分布按照預設排布規(guī)律排布。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的微反射鏡陣列設計方法還可以具有如下附加的技術特征：

在一些示例中，所述微反射鏡陣列的參數(shù)包括：所述微反射鏡陣列整體尺寸、每個微反射鏡的寬度、每個微反射鏡的偏轉角度和總共的偏轉角度數(shù)目。

在一些示例中，所述預設排布規(guī)律為錯層排布。

根據(jù)本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列設計方法，具有以下優(yōu)點：

1)在不增加系統(tǒng)整體尺寸的前提下，使得相鄰子孔徑間距增大一倍，這樣有效地減少了相鄰子孔徑間的串擾，有助于改善成像質量和重構的光譜信息的準確性。

2)降低了對微反射鏡鏡面加工工藝的要求，在相同的加工工藝條件下，產(chǎn)生相同的彌散光斑情況下，能夠有效降低系統(tǒng)的串擾。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第二方面的實施例提出了一種微反射鏡陣列設計系統(tǒng)，包括：參數(shù)確定模塊，所述參數(shù)確定模塊用于根據(jù)快照式成像光譜儀指標要求，確定所述微反射鏡陣列的參數(shù)；排布模塊，所述排布模塊用于根據(jù)所述微反射鏡陣列的參數(shù)，對所述微反射鏡陣列的偏轉角度值進行設置及對所述微反射鏡陣列進行排布，以使經(jīng)所述微反射鏡陣列反射后的光波場，通過系統(tǒng)準直鏡后，在子孔徑陣列面形成的光強度分布按照預設排布規(guī)律排布。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的微反射鏡陣列設計系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術特征：

在一些示例中，所述微反射鏡陣列的參數(shù)包括：所述微反射鏡陣列整體尺寸、每個微反射鏡的寬度、每個微反射鏡的偏轉角度和總共的偏轉角度數(shù)目。

在一些示例中，所述預設排布規(guī)律為錯層排布。

根據(jù)本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列設計系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：

1)在不增加系統(tǒng)整體尺寸的前提下，使得相鄰子孔徑間距增大一倍，這樣有效地減少了相鄰子孔徑間的串擾，有助于改善成像質量和重構的光譜信息的準確性。

2)降低了對微反射鏡鏡面加工工藝的要求，在相同的加工工藝條件下，產(chǎn)生相同的彌散光斑情況下，能夠有效降低系統(tǒng)的串擾。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第三方面的實施例還提出了一種微反射鏡陣列，經(jīng)所述微反射鏡陣列反射后的光波場，通過系統(tǒng)準直鏡后，在子孔徑陣列面形成的光強度分布按照預設排布規(guī)律排布。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的微反射鏡陣列還可以具有如下附加的技術特征：

在一些示例中，所述預設排布規(guī)律為錯層排布。

根據(jù)本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列，具有以下優(yōu)點：

1)在不增加系統(tǒng)整體尺寸的前提下，使得相鄰子孔徑間距增大一倍，這樣有效地減少了相鄰子孔徑間的串擾，有助于改善成像質量和重構的光譜信息的準確性。

2)降低了對微反射鏡鏡面加工工藝的要求，在相同的加工工藝條件下，產(chǎn)生相同的彌散光斑情況下，能夠有效降低系統(tǒng)的串擾。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列設計方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微反射鏡陣列設計方法得到的微反射鏡陣列與現(xiàn)有技術得到的微反射陣列在系統(tǒng)子孔徑陣列面產(chǎn)生的光強分布對比示意圖；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列設計系統(tǒng)的結構框圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

以下結合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列設計方法、系統(tǒng)及微反射鏡陣列。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微反射鏡陣列設計方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟：

步驟S1：根據(jù)快照式成像光譜儀指標要求，確定微反射鏡陣列的參數(shù)。

具體地，微反射鏡陣列的參數(shù)例如包括：微反射鏡陣列整體尺寸、每個微反射鏡的寬度、每個微反射鏡的偏轉角度和總共的偏轉角度數(shù)目。

步驟S2：根據(jù)微反射鏡陣列的參數(shù)，對微反射鏡陣列的偏轉角度值進行設置及對微反射鏡陣列進行排布，以使經(jīng)微反射鏡陣列反射后的光波場，通過系統(tǒng)準直鏡后，在子孔徑陣列面形成的光強度分布按照預設排布規(guī)律排布。具體地，預設排布規(guī)律為錯層排布。

結合圖2所示，該方法的主要流程可描述為：首先，根據(jù)快照式成像光譜儀指標要求，初步確定微反射鏡陣列整體尺寸、各個微反射鏡的寬度、各個微反射鏡的偏轉角度和總共的偏轉角度數(shù)目；然后根據(jù)上述確定的這些參數(shù)，設計微反射鏡陣列偏轉角度值和其排布規(guī)律，使得經(jīng)微反射鏡陣列反射后的光波場，通過系統(tǒng)準直鏡后，在子孔徑陣列面形成的光強度分布規(guī)律如圖2(b)所示，即形成一種錯層排布的現(xiàn)象，從而降低相鄰子孔徑間的光線串擾，改善成像質量。

具體地說，圖2展示了子孔徑陣列面光強度分布規(guī)律。圖2(a)展示了未按本發(fā)明實施例的設計方法得到的微反射鏡陣列所產(chǎn)生的光強度分布示意圖，圖2(b)展示了按照本發(fā)明實施例的設計方法得到的微反射鏡陣列所產(chǎn)生的光強度分布示意圖。對比圖2(a)和圖2(b)可知，本發(fā)明在不增加系統(tǒng)整體尺寸、無需提高鏡面加工工藝的情況下，能夠較大程度地降低子孔徑間的串擾，并且通過仿真實驗方法驗證，該方法可以將串擾降低60％左右，從而大大地改善了成像探測數(shù)據(jù)質量。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列設計方法，具有以下優(yōu)點：

1)在不增加系統(tǒng)整體尺寸的前提下，使得相鄰子孔徑間距增大一倍，這樣有效地減少了相鄰子孔徑間的串擾，有助于改善成像質量和重構的光譜信息的準確性。

2)降低了對微反射鏡鏡面加工工藝的要求，在相同的加工工藝條件下，產(chǎn)生相同的彌散光斑情況下，能夠有效降低系統(tǒng)的串擾。

本發(fā)明的進一步實施例還提出了一種微反射鏡陣列設計系統(tǒng)。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微反射鏡陣列設計系統(tǒng)的結構框圖。如圖3所示，該系統(tǒng)100包括：參數(shù)確定模塊110和排布模塊120。

其中，參數(shù)確定模塊110用于根據(jù)快照式成像光譜儀指標要求，確定微反射鏡陣列的參數(shù)。

具體地，微反射鏡陣列的參數(shù)例如包括：微反射鏡陣列整體尺寸、每個微反射鏡的寬度、每個微反射鏡的偏轉角度和總共的偏轉角度數(shù)目。

排布模塊120用于根據(jù)微反射鏡陣列的參數(shù)，對微反射鏡陣列的偏轉角度值進行設置及對微反射鏡陣列進行排布，以使經(jīng)微反射鏡陣列反射后的光波場，通過系統(tǒng)準直鏡后，在子孔徑陣列面形成的光強度分布按照預設排布規(guī)律排布。具體地，預設排布規(guī)律為錯層排布。

需要說明的是，本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列設計系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方式與本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列設計方法的具體實現(xiàn)方式類似，具體請參見方法部分的描述，為了減少冗余，此處不再贅述。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列設計系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：

1)在不增加系統(tǒng)整體尺寸的前提下，使得相鄰子孔徑間距增大一倍，這樣有效地減少了相鄰子孔徑間的串擾，有助于改善成像質量和重構的光譜信息的準確性。

2)降低了對微反射鏡鏡面加工工藝的要求，在相同的加工工藝條件下，產(chǎn)生相同的彌散光斑情況下，能夠有效降低系統(tǒng)的串擾。

本發(fā)明的進一步實施例還提出了一種微反射鏡陣列，經(jīng)該微反射鏡陣列反射后的光波場，通過系統(tǒng)準直鏡后，在子孔徑陣列面形成的光強度分布按照預設排布規(guī)律排布。其中，預設排布規(guī)律為錯層排布。

具體地說，該微反射鏡陣列例如由本發(fā)明上述實施例所描述的微反射鏡陣列設計系統(tǒng)或微反射鏡陣列設計方法設計生成。

因此，根據(jù)本發(fā)明實施例的微反射鏡陣列，具有以下優(yōu)點：

1)在不增加系統(tǒng)整體尺寸的前提下，使得相鄰子孔徑間距增大一倍，這樣有效地減少了相鄰子孔徑間的串擾，有助于改善成像質量和重構的光譜信息的準確性。

2)降低了對微反射鏡鏡面加工工藝的要求，在相同的加工工藝條件下，產(chǎn)生相同的彌散光斑情況下，能夠有效降低系統(tǒng)的串擾。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同限定。