本發(fā)明涉及到包括濾光輪的多光譜圖像采集設(shè)備，以及用于收集多光譜圖像的方法。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有多種利用單一圖像采集設(shè)備采集多光譜圖像的方法。其中一種方法包括利用多個(gè)光譜濾光器，沿著光束路徑交替地插入，所述光束用于形成所采集的圖像。這種多光譜圖像采集設(shè)備通常包括：-成像光學(xué)系統(tǒng)，適合在聚焦面中形成圖像；-至少一個(gè)二維圖像傳感器，包括由外圍輪廓限定的、位于聚焦面內(nèi)的光敏面；-濾光輪，包括多個(gè)光譜濾光器，兩個(gè)相鄰濾光器之間沒(méi)有重疊；以及-驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被設(shè)置成，以便使輪圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而把每個(gè)濾光器帶入光束中。通常，放置濾光輪，以便把濾光器帶入成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳中。但是還已知放置輪，以便把濾光器保持在光束的聚焦平面中。這種聚焦平面可與一個(gè)中間圖像相對(duì)應(yīng)，所述中間圖像是由成像光學(xué)系統(tǒng)形成的。在這種情況下，聚焦平面通常被稱為中間圖像平面。通常，濾光器并不是恰好位于中間圖像平面中，而是接近該平面，以免濾光器上存在的缺陷清晰地出現(xiàn)在所采集的圖像中。作為選擇，聚焦平面可以是圖像傳感器的光敏面所在的聚焦面。于是，濾光輪位于十分靠近光敏面的位置，但是留有中間空間，以免濾光器在光敏面上摩擦。對(duì)于本發(fā)明之前存在的這種設(shè)備，由傳感器采集每個(gè)圖像，同時(shí)，單獨(dú)一個(gè)濾光器覆蓋其整個(gè)光敏面，或者覆蓋與圖像傳感器整個(gè)光敏面光學(xué)共軛的整個(gè)部分中間圖像平面。然后，輪的旋轉(zhuǎn)把每個(gè)濾光器相繼帶入該位置。圖1和圖2顯示了這樣的設(shè)備，這些圖中所示的參考號(hào)的含義如下：10多光譜圖像采集設(shè)備1物鏡2二次成像系統(tǒng)Z-Z多光譜圖像采集設(shè)備的光軸L形成采集的圖像的光束3圖像傳感器31圖像傳感器3的感光像素，與圖像傳感器每次曝光過(guò)程中單獨(dú)獲取的像素相對(duì)應(yīng)C3圖像傳感器3光敏面的外圍輪廓FP圖像傳感器3光敏面所在的成像光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面IP中間圖像平面，相對(duì)于聚焦面FP而言，構(gòu)成光束L的一個(gè)附加聚焦平面30通過(guò)二次成像系統(tǒng)2與圖像傳感器3整個(gè)光敏面光學(xué)共軛的中間圖像平面IP的部分C30中間圖像平面IP的部分30的外圍界限4濾光輪A-A濾光輪4的旋轉(zhuǎn)軸5用于驅(qū)動(dòng)輪4旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)41-46輪4支撐的光譜濾光器，例如，數(shù)量為六個(gè)物鏡1和二次成像系統(tǒng)2一起構(gòu)成成像光學(xué)系統(tǒng)?？梢匝刂廨SZ-Z定該光學(xué)系統(tǒng)的中心。對(duì)于用這種方式構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)，物鏡1在平面IP中形成一個(gè)中間圖像，該中間圖像的場(chǎng)景包含在該光學(xué)系統(tǒng)的輸入場(chǎng)中，然后，二次成像系統(tǒng)2反過(guò)來(lái)通過(guò)這個(gè)中間圖像在聚焦面FP中形成由傳感器3采集的最終圖像。傳感器3光敏面的外圍輪廓C3通過(guò)二次成像系統(tǒng)2與中間圖像平面IP內(nèi)的界限C30光學(xué)共軛。輪4位于靠近中間圖像平面IP的位置，輪的旋轉(zhuǎn)軸A-A與光軸Z-Z平行。在本發(fā)明以前已知的設(shè)備中，對(duì)于輪4圍繞軸A-A的某些預(yù)定位置而言，濾光器41-46其中之一完全覆蓋位于界限C30內(nèi)的中間平面IP的部分30。圖2顯示了處于一定位置的輪4，濾光器41在該位置對(duì)于傳感器3采集的圖像起作用。輪4充分旋轉(zhuǎn)使之能夠在這個(gè)位置用其它濾光器42-46其中之一代替濾光器41。因此，可以相繼采集同一場(chǎng)景的六個(gè)圖像，所述場(chǎng)景包含在成像光學(xué)系統(tǒng)的輸入場(chǎng)中，從而構(gòu)成該場(chǎng)景的具有六個(gè)光譜分量的一個(gè)多光譜圖像。在本說(shuō)明書(shū)的其余部分，“圖像”的意思是感光像素31的一組讀值，是由圖像傳感器3的所有感光像素31的單次曝光產(chǎn)生的。“光譜圖像”一詞具體是指多光譜圖像的每個(gè)光譜分量。在根據(jù)圖1和圖2的多光譜圖像采集設(shè)備中，每個(gè)圖像都剛好是一個(gè)光譜圖像。但是，這種多光譜圖像采集設(shè)備有下列缺點(diǎn)：-每個(gè)濾光器的表面都相當(dāng)大，表面積越大，生產(chǎn)光學(xué)質(zhì)量充足、沒(méi)有點(diǎn)缺陷而且其濾光特性均勻的濾光器就越難，而且越昂貴；-采集一個(gè)完整的多光譜圖像的周期無(wú)法縮短到低于濾光輪的轉(zhuǎn)速所施加的最低周期，所述完整的多光譜圖像是由針對(duì)濾光輪不同位置的多次光譜圖像采集構(gòu)成的。但是，利用更迅速的，并且因此動(dòng)力更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)導(dǎo)致震動(dòng)更大，由此產(chǎn)生其本身的問(wèn)題；-放在輪中的濾光器的數(shù)量受其大小限制，較大的輪還需要增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力，以便使輪以保持恒定的角速度旋轉(zhuǎn)；-采集高清晰度圖像需要使用光敏面較大的傳感器。于是，濾光器本身必須更大，結(jié)果，支撐所述濾光器的輪也必須如此；-更重要的是，采集高清晰度圖像需要減少設(shè)備振動(dòng)，尤其是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使濾光輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。因此這一要求看似與增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力相悖；-開(kāi)發(fā)多光譜成像任務(wù)，尤其是在空間成像領(lǐng)域中，有助于增加濾光器的數(shù)量；而且-尋求采集多光譜圖像的可能最短的總周期，既為了增加多光譜圖像采集的頻率，又為了減少由于設(shè)備移動(dòng)導(dǎo)致或者由于采集的場(chǎng)景中出現(xiàn)的活動(dòng)元素導(dǎo)致的偽影。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
從這種情況以及多光譜成像領(lǐng)域的新需求出發(fā)，本發(fā)明的一個(gè)目的是減少現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備的前述缺點(diǎn)和限制。更具體而言，本發(fā)明的第一個(gè)目的是增加由輪支撐的濾光器的數(shù)量，而不把輪的大小增加到像現(xiàn)有技術(shù)已知的濾光輪一樣大。本發(fā)明的第二個(gè)具體目的是使得濾光輪能夠更迅速地旋轉(zhuǎn)，而無(wú)需明顯增加其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力。本發(fā)明的第三個(gè)具體目的是使之能夠更迅速地采集連續(xù)的多光譜圖像。最后，本發(fā)明的第四個(gè)目的是縮短兩個(gè)光譜圖像采集時(shí)間之間的有效周期，所述兩個(gè)光譜圖像是同一個(gè)多光譜圖像的一部分，從而減少為了在成像光學(xué)系統(tǒng)的輸入場(chǎng)中移動(dòng)對(duì)象而出現(xiàn)的色彩偽影。為了實(shí)現(xiàn)這些目的中的至少一個(gè)目的或其它目的，本發(fā)明的第一方面提出改造上文所述的多光譜圖像采集設(shè)備，其中，由輪平行地支撐濾光器，使其靠近聚焦面或成像光學(xué)系統(tǒng)的中間圖像平面。根據(jù)本發(fā)明介紹的改造，濾光器中的至少一個(gè)，被稱為角域狹窄的濾光器，當(dāng)濾光器靠近聚焦面時(shí)，其角度延伸小于圖像傳感器光敏面的角度延伸。作為選擇，角域狹窄的濾光器的角度延伸小于通過(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)的二次成像部分與整個(gè)光敏面光學(xué)共軛的一部分中間圖像平面的角度延伸。為此目的，相對(duì)于輪的旋轉(zhuǎn)軸測(cè)量角度延伸。換言之，采集圖像時(shí)，由輪支撐的至少一個(gè)濾光器不覆蓋整個(gè)圖像傳感器光場(chǎng)。因此縮小了該濾光器的表面積，所以對(duì)于濾光器的相同光學(xué)質(zhì)量要求而言，促進(jìn)了其生產(chǎn)，并減少了其成本。實(shí)際上，相對(duì)于分別覆蓋整個(gè)圖像傳感器的光場(chǎng)的濾光器而言，生產(chǎn)沒(méi)有點(diǎn)缺陷、平整度缺陷以及光譜濾光不均勻性的尺寸較小的濾光器更容易。優(yōu)選的是，角域狹窄的濾光器可位于其它兩個(gè)濾光器之間的輪中，并與之靠近，以至于對(duì)于輪圍繞旋轉(zhuǎn)軸的任何位置而言，至少一部分角域狹窄的濾光器對(duì)包含在圖像傳感器光敏面的外圍輪廓內(nèi)的一部分圖像有效，于是，其它兩個(gè)濾光器中至少一個(gè)濾光器的一部分同時(shí)對(duì)包含在光敏面外圍輪廓內(nèi)的同一個(gè)圖像另一部分有效。換言之，多個(gè)濾光器的部分同時(shí)位于圖像傳感器的光場(chǎng)內(nèi)。在傳感器一次曝光過(guò)程中采集的圖像因此包含通過(guò)一個(gè)濾光器采集的該圖像的一部分，以及通過(guò)另一濾光器采集的這同一個(gè)圖像的至少另一部分。通過(guò)把與該濾光器有關(guān)的、而且在圖像傳感器連續(xù)曝光過(guò)程中采集的圖像的部分結(jié)合在一起，可以重新構(gòu)建由單獨(dú)一個(gè)濾光器均勻過(guò)濾的一個(gè)完整的光譜圖像。優(yōu)選的是，角域狹窄的濾光器的角度延伸以及其它兩個(gè)濾光器的各自角度延伸能夠使得輪圍繞旋轉(zhuǎn)軸的至少一個(gè)位置、角域狹窄的濾光器與其它兩個(gè)濾光器的各自部分同時(shí)對(duì)包含在光敏面外圍輪廓內(nèi)的圖像的三個(gè)單獨(dú)部分有效。更普遍而言，更可取的是，數(shù)量更多的濾光器的各自部分可同時(shí)處于檢測(cè)器的光場(chǎng)中，從而縮小每個(gè)濾光器的單個(gè)尺寸。此外，有利的是，使濾光器在輪中更靠近彼此，使兩個(gè)相鄰濾光器之間的輪的區(qū)域最小，從而在每次曝光過(guò)程中，減少被沒(méi)有濾光器的輪的區(qū)域所掩蓋的圖像傳感器的光場(chǎng)的部分。如此設(shè)置濾光器能夠使其更靠近輪的旋轉(zhuǎn)軸，所以輪可以更小、更輕。對(duì)于驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)的相同動(dòng)力而言，可以旋轉(zhuǎn)地更快，或者旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以做得更小，同時(shí)仍保持濾光輪的相同轉(zhuǎn)速。在本發(fā)明的簡(jiǎn)單實(shí)施例中，相對(duì)于輪的旋...