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，包括多個光譜濾光器，兩個相鄰濾光器之間沒有重疊；以及-驅(qū)動系統(tǒng)，該驅(qū)動系統(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中間圖像相對應(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。對于本發(fā)明之前存在的這種設(shè)備，由傳感器采集每個圖像，同時，單獨一個濾光器覆蓋其整個光敏面，或者覆蓋與圖像傳感器整個光敏面光學(xué)共軛的整個部分中間圖像平面。然后，輪的旋轉(zhuǎn)把每個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程中單獨獲取的像素相對應(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，相對于聚焦面FP而言，構(gòu)成光束L的一個附加聚焦平面30通過二次成像系統(tǒng)2與圖像傳感器3整個光敏面光學(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中形成一個中間圖像，該中間圖像的場景包含在該光學(xué)系統(tǒng)的輸入場中，然后，二次成像系統(tǒng)2反過來通過這個中間圖像在聚焦面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景的六個圖像，所述場景包含在成像光學(xué)系統(tǒng)的輸入場中，從而構(gòu)成該場景的具有六個光譜分量的一個多光譜圖像。在本說明書的其余部分，“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?！肮庾V圖像”一詞具體是指多光譜圖像的每個光譜分量。在根據(jù)圖1和圖2的多光譜圖像采集設(shè)備中，每個圖像都剛好是一個光譜圖像。但是，這種多光譜圖像采集設(shè)備有下列缺點：-每個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、沒有點缺陷而且其濾光特性均勻的濾光器就越難，而且越昂貴；-采集一個完整的多光譜圖像的周期無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，并且因此動力更強(qiáng)的驅(qū)動系統(tǒng)導(dǎo)致震動更大，由此產(chǎn)生其本身的問題；-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)動系統(tǒng)的動力，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，尤其是驅(qū)動系統(tǒng)使濾光輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動。因此這一要求看似與增加驅(qū)動系統(tǒng)的動力相悖；-開發(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)備移動導(dǎo)致或者由于采集的場景中出現(xiàn)的活動元素導(dǎo)致的偽影。

技術(shù)實現(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)明的一個目的是減少現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備的前述缺點和限制。更具體而言，本發(fā)明的第一個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)明的第二個具體目的是使得濾光輪能夠更迅速地旋轉(zhuǎn)，而無需明顯增加其驅(qū)動系統(tǒng)的動力。本發(fā)明的第三個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)明的第四個目的是縮短兩個光譜圖像采集時間之間的有效周期，所述兩個光譜圖像是同一個多光譜圖像的一部分，從而減少為了在成像光學(xué)系統(tǒng)的輸入場中移動對象而出現(xiàn)的色彩偽影。為了實現(xiàn)這些目的中的至少一個目的或其它目的，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，被稱為角域狹窄的濾光器，當(dāng)濾光器靠近聚焦面時，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成像光學(xué)系統(tǒng)的二次成像部分與整個光敏面光學(xué)共軛的一部分中間圖像平面的角度延伸。為此目的，相對于輪的旋轉(zhuǎn)軸測量角度延伸。換言之，采集圖像時，由輪支撐的至少一個濾光器不覆蓋整個圖像傳感器光場。因此縮小了該濾光器的表面積，所以對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。實際上，相對于分別覆蓋整個圖像傳感器的光場的濾光器而言，生產(chǎn)沒有點缺陷、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濾光器之間的輪中，并與之靠近，以至于對于輪圍繞旋轉(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，其它兩個濾光器中至少一個濾光器的一部分同時對包含在光敏面外圍輪廓內(nèi)的同一個圖像另一部分有效。換言之，多個濾光器的部分同時位于圖像傳感器的光場內(nèi)。在傳感器一次曝光過程中采集的圖像因此包含通過一個濾光器采集的該圖像的一部分，以及通過另一濾光器采集的這同一個圖像的至少另一部分。通過把與該濾光器有關(guān)的、而且在圖像傳感器連續(xù)曝光過程中采集的圖像的部分結(jié)合在一起，可以重新構(gòu)建由單獨一個濾光器均勻過濾的一個完整的光譜圖像。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)軸的至少一個位置、角域狹窄的濾光器與其它兩個濾光器的各自部分同時對包含在光敏面外圍輪廓內(nèi)的圖像的三個單獨部分有效。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處于檢測器的光場中，從而縮小每個濾光器的單個尺寸。此外，有利的是，使濾光器在輪中更靠近彼此，使兩個相鄰濾光器之間的輪的區(qū)域最小，從而在每次曝光過程中，減少被沒有濾光器的輪的區(qū)域所掩蓋的圖像傳感器的光場的部分。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。對于驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)的相同動力而言，可以旋轉(zhuǎn)地更快，或者旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)可以做得更小，同時仍保持濾光輪的相同轉(zhuǎn)速。在本發(fā)明的簡單實施例中，相對于輪的旋...