為了明確像場(chǎng)調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀的工作機(jī)理,通過(guò)分析多級(jí)微反射鏡對(duì)成像光場(chǎng)的相位調(diào)制特性,建立了像場(chǎng)調(diào)制干涉成像的理論模型。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,通過(guò)對(duì)獲得的干涉圖像數(shù)據(jù)立方體進(jìn)行圖像剪切與圖像拼接,可以重構(gòu)目標(biāo)場(chǎng)景的全景圖像;通過(guò)對(duì)剪切后的干涉圖像單元進(jìn)行條紋拼接與光譜解調(diào),可以復(fù)原場(chǎng)景中各目標(biāo)物點(diǎn)的光譜信息。為了驗(yàn)證該儀器的工作原理,利用研制的樣機(jī)進(jìn)行了目標(biāo)場(chǎng)景的干涉成像掃描實(shí)驗(yàn),獲取了場(chǎng)景目標(biāo)的干涉圖像數(shù)據(jù)立方體。通過(guò)對(duì)各幀干涉圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)與特征配準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了干涉圖像單元的剪切與全景圖像的拼接。同時(shí),通過(guò)對(duì)干涉圖像單元進(jìn)行條紋拼接、基線校正、尋址切趾與離散傅里葉變換,獲得了特征目標(biāo)的復(fù)原光譜,并通過(guò)非均勻采樣校正與經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解對(duì)光譜進(jìn)行優(yōu)化,提高了復(fù)原光譜的性能。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(18)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

像場(chǎng)調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀的原理圖

將像場(chǎng)調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀沿著垂直于階梯的方向進(jìn)行線性推掃,以采集干涉圖像序列。將掃描步長(zhǎng)設(shè)置為一個(gè)階梯寬度,則每進(jìn)行一次步進(jìn)掃描,多級(jí)微反射鏡各級(jí)階梯上的中間像點(diǎn)便會(huì)逆著推掃的方向移動(dòng)到相鄰級(jí)次階梯上的對(duì)應(yīng)位置處。經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期之后,目標(biāo)場(chǎng)景中各個(gè)物點(diǎn)的中間像場(chǎng)便會(huì)逆著推掃的方向遍歷多級(jí)微反射鏡的每一個(gè)階梯,從而形成干涉圖像數(shù)據(jù)立方體,如圖2所示。像場(chǎng)調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀每次采集的單幀干涉圖像是受到不同干涉級(jí)次調(diào)制的全景圖像,其中既含有二維圖像信息,又含有一維干涉信息,如圖2中干涉圖像數(shù)據(jù)立方體的階梯形側(cè)面所示。將采集的每一幀干涉圖像沿著階梯的方向進(jìn)行剪切,使其成為對(duì)應(yīng)各個(gè)不同干涉級(jí)次的干涉圖像單元,然后將相同干涉級(jí)次(n0)的干涉圖像單元按照?qǐng)鼍暗目臻g順序進(jìn)行圖像拼接,便可獲得場(chǎng)景目標(biāo)的全景圖像Iim(x, y, n0),即圖2中干涉圖像數(shù)據(jù)立方體中的n=n0平面。將相同目標(biāo)場(chǎng)景(x0,y)處的干涉圖像單元按照光程差的順序進(jìn)行條紋拼接,便可獲得場(chǎng)景中某一線物的干涉圖Iin(x0, y, n),即圖2中干涉圖像數(shù)據(jù)立方體中的x=x0平面。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行離散傅里葉變換,便可以解調(diào)出x=x0平面上各物點(diǎn)(x0, y)的復(fù)原光譜信息,即

經(jīng)望遠(yuǎn)系統(tǒng)相干傳遞后的成像光場(chǎng)被分束器分為透射成像光路和反射成像光路,反射成像光路中的中間像場(chǎng)位于平面反射鏡上,而透射成像光路中的中間像場(chǎng)位于多級(jí)微反射鏡的參考平面上。多級(jí)微反射鏡作為一個(gè)相位調(diào)制屏,對(duì)其參考平面上的中間像場(chǎng)進(jìn)行調(diào)制,具體調(diào)制過(guò)程如圖3所示。以多級(jí)微反射鏡中的第+1級(jí)、0級(jí)和-1級(jí)階梯為例,多級(jí)微反射鏡各級(jí)階梯對(duì)中間像場(chǎng)中不同像點(diǎn)的調(diào)制作用如圖3所示。假設(shè)目標(biāo)場(chǎng)景中的三個(gè)物點(diǎn)分別成像到多級(jí)微反射鏡+1級(jí)、0級(jí)和-1級(jí)三個(gè)階梯所對(duì)應(yīng)的參考平面上,形成A、B、C三個(gè)像點(diǎn),這三個(gè)像點(diǎn)分別經(jīng)多級(jí)微反射鏡+1級(jí)、0級(jí)和-1級(jí)階梯調(diào)制之后又形成了A′、B′、C′三個(gè)調(diào)制像點(diǎn),且三個(gè)調(diào)制像點(diǎn)位于三個(gè)不同的平面上。由圖3可以看出,調(diào)制像面是多級(jí)微反射鏡參考平面相對(duì)于多級(jí)微反射鏡各級(jí)階梯面的鏡像平面,因此調(diào)制像點(diǎn)相對(duì)于原像點(diǎn)將會(huì)產(chǎn)生兩倍階梯步長(zhǎng)大小的光程平移量。以上分析表明,多級(jí)微反射鏡第n級(jí)階梯對(duì)中間像點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制所引入的光程平移量為Δ(n)=2nd,從而引入的相位調(diào)制量為φ(n)=2πνΔ(n)=4πνnd。因此,多級(jí)微反射鏡對(duì)中間像場(chǎng)的調(diào)制函數(shù)可以表示為

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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