1.2 国内外研究情况

1.2.1 单通道分时探测法

1.2.2 多通道瞬时探测法

1.3 本课题的主要研究工作

本课题的研究工作主要在下列几个方面：

（1）通过对目前国内国际上多光谱成像仪器研究的现状，提出基于光场理论的 瞬态多光谱成像方法。这种多光谱成像系统所具有的特点是：一次曝光可同时获得目 标信息的多个谱段的光谱图像；采用单镜头配合单图像传感器的工作方式，机械结构 紧凑简单，装置便于小型化处理。

（2）分析光场相机的成像原理，给出滤光片阵列和微透镜阵列协调配合的工作 方式。了解孔径分割思想的具体工作方式，滤光片阵列作为分光元件的使用，微透镜 阵列对信息的采集。

（3）系统设计，搭配实验样机，并采集图像，进行可行性验证。文献综述

（4）使用 matlab 软件设计图像重建算法，将隐藏在图像中的光谱信息提取出来 进行重建得到多光谱图像。

2 基于孔径分割的多光谱成像方法研究

本章主要介绍基于孔径分割的多光谱成像方法，针对单通道分时探测法不能同时 获得目标信息多个谱段的光谱图像，以及传统多通道瞬时探测法多透镜配合多图像传 感器造成机械结构复杂的缺点，本课题研究的是基于光场成像理论的瞬态多光谱成像 技术，利用孔径分割的方法，实现了光源谱段空间上的分离，能够一次曝光同时获得 目标的多个谱段的光谱图像，并且是单透镜配合单图像传感器的工作方式，机械结构 相对简单紧凑，便于微型化处理以及操作携带。

2.1 系统光路的设计方法

2.1.1 光路设计

滤光片阵列和微透镜阵列是本多光谱成像系统较为重要的两个光学器件，滤光片 阵列作为分光元件实现光谱的空间分离，微透镜阵列能够完整地记录光场信息。自此， 我们给出了如图 2.1 所示的多光谱光场相机的结构示意图。

图 2.1 多光谱光场相机结构图 滤光片阵列位于成像主透镜的孔径光阑位置，微透镜阵列位于成像主透镜的一次

像面上，同时微透镜阵列的像方焦面与图像传感器的光敏面重合，但实验过程中我们 发现一旦仪器选择并搭配好了之后，对于同一位置的物体调焦清晰之后便无法改变像 的大小。而且由于微透镜阵列的焦距很短，这样图像传感器和微透镜之间的距离很小， 这对图像传感器的选择造成很大的限制，而且接触不当也会污染它的光敏面。于是我 们在微透镜阵列后面提出加入再成像系统，将一次像面再次成像在图像传感器的光敏 面上。由此便得到了最终的多光谱光场相机结构图。

结构经过改善之后的光路图如图 2.2 所示，滤光片阵列位于成像主透镜的孔径光

阑处，微透镜阵列位于成像主透镜的像面上，微透镜阵列的后焦面与再成像系统的前 焦面重合，图像传感器的光敏面位于再成像系统的后焦面上，信息处理系统与图像传 感器相连。目标物上某一点发出的光线经过滤光片阵列之后入射到成像主透镜上，经 过成像主透镜后在某一微透镜元上形成像点，像点再经过再成像系统成像在图像传感 器的光敏面上。由于滤光片阵列由不同波段的滤光片组成，同一物点的光线分别经过来!自~优尔论-文|网www.youerw.com