Hadamard编码红外光谱成像系统设计

杨莹; 胡炳樑; 李立波; 王爽; 严强强

doi:10.37188/OPE.20223006.0641

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Hadamard编码红外光谱成像系统设计

现代应用光学 | 更新时间：2022-04-26

- Hadamard编码红外光谱成像系统设计
- Design of MWIR Hadamard coded imaging spectrometer
- 光学精密工程 2022年30卷第6期页码：641-650
- 作者机构：
  
  中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室，陕西西安 710119
- 作者简介：
  
  [ "杨　莹（1992-），女，陕西宝鸡人，硕士，助理工程师，2018年于西安电子科技大学获得硕士学位，现为中国科学院西安光学精密机械研究所光学工程师，主要从事成像光谱仪设计及加工装调方面的研究。E-mail： egllas_leo@163.com" ]
  [ "严强强（1991-），男，陕西宝鸡人，博士研究生，2014年于哈尔滨工业大学获得学士学位，2017年于北京航空航天大学获得硕士学位，现为北京航空航天大学博士研究生，西安光学精密机械研究所助理研究员，主要从事新型计算光谱成像技术和红外光学仿真及成像研究。E-mail： yanqiangqiang@opt.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  陕西省自然科学基金青年项目(2021JQ-323)
- DOI：10.37188/OPE.20223006.0641
  中图分类号： TP391.4;TH744
- 收稿日期：2021-07-05，
  
  修回日期：2021-09-01，
  
  纸质出版日期：2022-03-25
- 稿件说明：
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杨莹,胡炳樑,李立波等.Hadamard编码红外光谱成像系统设计[J].光学精密工程,2022,30(06):641-650.

YANG Ying,HU Bingliang,LI Libo,et al.Design of MWIR Hadamard coded imaging spectrometer[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(06):641-650.
杨莹,胡炳樑,李立波等.Hadamard编码红外光谱成像系统设计[J].光学精密工程,2022,30(06):641-650. DOI： 10.37188/OPE.20223006.0641.

YANG Ying,HU Bingliang,LI Libo,et al.Design of MWIR Hadamard coded imaging spectrometer[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(06):641-650. DOI： 10.37188/OPE.20223006.0641.

摘要

在空间调制型哈达玛变换光谱成像仪（Space Hadamard Transforms Spectral Imager， SHTSI）中采用数字微镜阵列（Digital Mirror Devices， DMD）作为编码器件，能够使系统实现小型化、轻量化、高分辨率、高帧频成像。但由于DMD的翻转特性，经过DMD编码后的光学成像面发生12°倾斜，导致SHTSI成像光路和制冷型探测器冷光阑不匹配，造成视场缺失和图像降质。针对这一问题，本文提出一种像面预补偿的新型哈达玛编码光谱成像系统设计方法，在前置成像镜组中采用倾斜和偏心的设计，使得一次像面实现24°倾斜，对DMD在调制过程中产生的像面倾斜进行预补偿，从而消除倾斜成像面造成的图像降质问题。基于该方法设计了SHTSI光学系统，系统全视场点列图RMS小于5 μm，保证系统在全视场范围内能够均匀成像。根据该设计方案研制SHTSI原理样机，试验结果表明，SHTSI系统满足设计指标，对成像数据进行复原，得到复原光谱角距离评价因子优于0.052。

Abstract

In a space Hadamard transform spectral imager （SHTSI） system， encoding the template using digital mirror devices （DMDs） can ensure that the system is miniaturized and lightweight， and has high resolution and high frame rate. However， modulation using DMD causes the focus plane of SHTSI to tilt； consequently， the resultant image obtained from the spectrometer does not match the cooled shield of the detector. This causes image degradation and field of view loss. In this paper， a novel SHTSI system design is proposed to improve the quality of the final image. The design also addresses the issues of cold stop aperture mismatch and field of view accuracy. In this scheme， the design of the front lens contains a tilted and off-center lens， which tilts the image of the object by 24° with respect to the primary focus plane. Based on this method， a SHTSI optical system is designed， and the spot diagram RMS of the full field of the system was calculated to be less than 5 µm. This ensures that the system generates an even image. According to this design scheme， a SHTSI principle model machine is developed. The experiment results show that the evaluation of the restored spectral angular distance of the SHTSI system is better than 0.052.

关键词

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