技术领域
[0001] 本申请涉及光学技术领域，特别是涉及一种机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统设计方法。
相关背景技术
[0002] 利用成像光谱仪既可以获得观测目标的二维空间图像信息，又可以获得所观测目标的空间各点的光谱信息，以此来实现对观测目标的定时、定量、定位、定性的分析。成像光谱仪经过多年的发展，在现代生产、资源开发、环境保护与监测、空间探测、航空航天遥感、地质分析、医学检测与诊断以及军事方面等诸多领域均有广泛应用。
[0003] 成像光谱仪引入偏振技术，可以同时获取目标的偏振、光谱、强度和二维空间的四维数据的超立方体，与传统遥感技术相比，其获取的信息量更加丰富，可以对目标特性有更深入的认识，偏振光谱成像技术广泛应用于天文观测、云与大气气溶胶探测、地球环境监测、农作物估产、地质勘探以及军事目标探测与识别等领域。
[0004] 现有的机载快照式高光谱偏振成像系统设计方法无法设计出兼顾高空间分辨率及高光谱分辨率的机载快照式高光谱偏振成像系统。
具体实施方式
[0027] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0028] 使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
[0029] 本申请提供了一种机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统设计方法，应用于机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统，所述机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统如图1所示包括：前置变焦望远系统100、设置在所述前置变焦望远系统100出射光路上的数字微镜器件200、设置在所述数字微镜器件200出射光路上的光谱成像系统300以及设置在所述光谱成像系统300出射光路上的偏振探测器400；所述前置变焦望远系统100包括从物方到像方依次设置的前固定组、变倍组、光阑103以及后固定组；前固定组、变倍组以及后固定组均由透镜组成，数字微镜器件200设置在后固定组出射光路上；所述光谱成像系统包括中继镜和成像镜，成像镜设置在中继镜的出射光路上；所述机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统设计方法如图2所示，大体思路包括：步骤1：建立前置变焦望远系统100数学模型；步骤2：玻璃匹配消除前置变焦望远系统100轴向色差；步骤3：选择光阑103位置；步骤4：建立光谱分辨率数学模型获取光谱成像系统300设计参数；沿步骤1‑步骤4依次进行，完成后对光学系统的像质评价指标进行评价，若像质评价指标符合技术要求，则完成高光谱偏振变焦成像光学系统的设计，得到光学系统的结构参数；若不符合技术要求，则重返步骤1重复步骤进行设计优化。所述方法如图3所示，具体包括：
[0030] 步骤201：根据反远距型变焦物镜光焦度分配模型计算变倍组焦距和前置变焦望远系统后截距，并根据变倍组焦距设置变倍组，以及确定后固定组与数字微镜器件之间的距离为前置变焦望远系统后截距。
[0031] 步骤202：根据变倍组焦距计算变倍组变焦时移动距离和前固定组焦距；设置所述变倍组和所述光阑103之间的距离大于或等于变倍组变焦时移动距离；将所述变倍组以滑动形式设置在所述前固定组和所述光阑103之间，以实现变焦，图4中(a)部分表示变倍组在短焦状态下的位置，图4中(b)部分表示变倍组在长焦状态下的位置，Δ表示变倍组变焦时移动距离；根据前固定组焦距设置前固定组。
[0032] 步骤203：根据变倍组与后固定组之间的距离和前置变焦望远系统100后截距与前置变焦望远系统100焦距比计算后固定组焦距；根据后固定组焦距设置后固定组。
[0033] 步骤204：对于任意一个玻璃组合，根据所述玻璃组合中各种玻璃材料在各波长下的光焦度计算所述玻璃组合对应的前置变焦望远系统100在各波长下的总光焦度；所述玻璃组合包括nlens种玻璃材料；nlens为前置变焦望远系统100中透镜的总数。
[0034] 步骤205：根据各玻璃组合对应的前置变焦望远系统100在各波长下的总光焦度确定最优玻璃组合，根据最优玻璃组合设置前置变焦望远系统100中前固定组、变倍组以及后固定组中各透镜的材料；玻璃组合中的玻璃材料和透镜一一对应设置。
[0035] 步骤206：设置光阑103与后固定组之间的距离小于或等于设定阈值。
[0036] 步骤207：将参数集合中各组合进行仿真，得到各组合下偏振探测器400可分辨最小波长差，根据最小的探测器可分辨最小波长差对应的组合计算成像镜焦距；所述参数集合包括多个组合，每个组合包括中继镜焦距以及以及数字微镜器件200与偏振探测器400的像元匹配比；所述数字微镜器件200与偏振探测器400的像元匹配比为数字微镜器件中的一个微镜与偏振探测器中的几个像元相对应。
[0037] 步骤208：根据最小的探测器可分辨最小波长差对应的组合以及成像镜焦距设置中继镜焦距、成像镜焦距以及数字微镜器件200与偏振探测器400的像元匹配比得到设计好的机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统。
[0038] 步骤209：若设计好的机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统的像素评价指标不满足预设要求，则返回根据根据反远距型变焦物镜光焦度分配模型计算变倍组焦距和前置变焦望远系统后截距，并根据变倍组焦距设置变倍组，以及确定后固定组与数字微镜器件之间的距离为前置变焦望远系统后截距的步骤。
[0039] 在实际应用中，在根据反远距型变焦物镜光焦度分配模型计算变倍组焦距和前置变焦望远系统后截距，并根据变倍组焦距设置变倍组，以及确定后固定组与数字微镜器件之间的距离为前置变焦望远系统后截距之前还包括：
[0040] 步骤1001：选择前置变焦望远系统100的变焦形式；
[0041] 本申请所设计的机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统属于机载光学仪器，在切换焦距的同时，需要满足快速切换、可靠性高、精度高、结构简单、紧凑等特点，因此，作为优选，本申请在设计前置变焦望远系统100时，选择两档变焦形式，即长焦和短焦。
[0042] 步骤1002：选择前置变焦望远系统100的变焦方式，变焦形式确定后，需选择合适的变焦方式。
[0043] 优选的，选择轴向移动式作为变焦方式，相较于切换式，具有横截面积小、成像质量高等特点，其原理和光学补偿连续变焦系统类似，通过一个组的移动实现系统焦距的变化，同时满足变焦时像质保持良好，当变倍组沿轴向移动时，整个系统的焦距随之改变。
[0044] 在实际应用中，确定好变焦形式及变焦方式后，建立相应的前置变焦望远系统100数学模型(公式(1)到公式(4))进行初始结构参数设计：Δ表示变倍组变焦时移动距离，在机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统处于短焦状态或长焦状态时变倍组横向放大率分别为mzoom,S和mzoom,L，且互为倒数，具体为：
[0045] 优选的，根据公式 或公式 计算变倍组焦距，其中，l表示变倍组物距(为预设的值)，fzoom表示变倍组焦距，mzoom,S表示在机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统处于短焦状态时变倍组横向放大率，mzoom,L表示在机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统处于长焦状态时变倍组横向放大率。
[0046] 优选的，根据公式A＝l/fobj,S/L (2)计算前置变焦望远系统后截距。
[0047] 优选的，根据公式Δ＝[(1‑mzoom,L)/mzoom,L‑(1‑mzoom,S)/mzoom,S]×fzoom (3)计算变倍组变焦时移动距离，其中，Δ表示变倍组变焦时移动距离，mzoom,S表示在机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统处于短焦状态时变倍组横向放大率，mzoom,L表示在机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统处于长焦状态时变倍组横向放大率，fzoom表示变倍组焦距，mzoom,S和mzoom,L均为预设数值。
[0048] 优选的，当系统处于短焦位置时，设在机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统处于短焦状态时变倍组与前固定组的距离为dfz,S，则根据公式ffront＝(1‑mzoom,S)/mzoom,S×fzoom+dfz,S (4)计算前固定组焦距，其中，ffront表示前固定组焦距，mzoom,S表示在机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统处于短焦状态时变倍组横向放大率，fzoom表示变倍组焦距。
[0049] 变倍组焦距直接影响变倍组的移动距离，同时直接影响固定组焦距的选取，变倍组焦距越短，轴向移动距离越短，固定组焦距取值更小。变倍组的焦距直接影响整个系统的外形尺寸。因此在像质允许的情况下，尽量缩小变倍组焦距是缩短镜头外形尺寸的有效方法。
[0050] 在实际应用中，所述根据变倍组与后固定组之间的距离和前置变焦望远系统100后截距与前置变焦望远系统100焦距比计算后固定组焦距，具体包括：
[0051] 根据前置变焦望远系统100后截距与前置变焦望远系统100焦距比以及变倍组与后固定组之间的距离计算前组焦距；所述前组包括：前固定组和变倍组。
[0052] 根据前置变焦望远系统100后截距与前置变焦望远系统100焦距比以及前组焦距计算后固定组焦距。
[0053] 基于上述建立的前置变焦望远系统100数学模型基础上，结合长后截距设计指标，建立反远距型光组数学模型公式(5)。
[0054] 前置变焦望远系统100后接数字微镜器件200，光线以24°角反射进入光谱成像系统300，在设计前置变焦望远系统100时，需具有长后截距，前固定组与变倍组作为前组，与后固定组构成反远距型光组。
[0055] 因为前置变焦望远系统100后截距与前置变焦望远系统100焦距比为A＝l/fobj,S/L，其中l为前置变焦望远系统100后截距，fobj,S/L为前置变焦望远系统100焦距，为预设值，则：
[0056]
[0057] 式中，ffz,S/L为前组焦距，dzp,S/L为变倍组与后固定组之间的距离，fpost为后固定组焦距，dzp,S表示短焦状态下变倍组与后固定组之间的距离，dzp,L表示长焦情况下变倍组与后固定组之间的距离，根据公式dzp,S‑dzp,L＝△计算得到。根据公式(5)，确定后固定组焦距。
[0058] 优选的，根据前置变焦望远系统100后截距与前置变焦望远系统100焦距比以及变倍组与后固定组之间的距离计算前组焦距，具体为：
[0059] 根据公式 计算前组焦距，当dzp,S/L带入短焦状态下变倍组与后固定组之间的距离时，A中的fobj,S/L也带入短焦状态下前置变焦望远系统100焦距得到的前组焦距ffz,S/L为短焦状态时的前组焦距。长焦状态同理此处不再赘述。
[0060] 优选的，根据前置变焦望远系统100后截距与前置变焦望远系统100焦距比以及前组焦距计算后固定组焦距，具体为：
[0061] 根据公式 计算后固定组焦距，其中，fpost为后固定组焦距，A表示前置变焦望远系统100后截距与前置变焦望远系统100焦距比，ffz,S/L为前组焦距，fobj,S/L为前置变焦望远系统100短焦距或长焦距，当带入的前组焦距ffz,S/L为短焦状态时的前组焦距时，A中的fobj,S/L也带入短焦状态下前置变焦望远系统100焦距，fobj,S/L也带入短焦状态下前置变焦望远系统100焦距，得到的为短焦状态下的后固定组焦距。长焦状态下同理，但是长焦状态下和短焦状态下后固定组焦距相同。
[0062] 在实际应用中，首先，进行前置变焦望远系统100轴向色差分析：前置变焦望远系统100各组元满足一组元变焦过程的微分方程：
[0063]
[0064] 将公式(6)对折射率作全微分可得：
[0065]
[0066] 式中，f′front表示前固定组焦距进行微分，mzoom,S/L表示在机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统处于短焦状态或长焦状态时变倍组横向放大率，fzoom表示变倍组焦距，dmzoom,S表示对mzoom,S进行微分，dmzoom,L表示对mzoom,L进行微分，mzoom表示变倍组横向放大率，可以是短焦状态或长焦状态下的变倍组横向放大率，mpost为后固定组横向放大率，Δfobj,c/fobj为归化色差系数，等于阿贝数的倒数，表示系统中镜组的色散能力，Δffront,c/ffront、Δfzoom,c/fzoom、Δfpost,c/fpost同理；公式(7)中，(I)为固定组和变焦组内的轴向色差，(II)为由变焦组移动产生的轴向色差。通过公式(7)可以发现影响变焦系统轴向色差的因素有各镜组的色散能力、前固定组的轴向色散以及变焦组的放大倍率。当光学系统处于短焦处时，mzoom,S一般小于1，镜组之间的色差影响较小，各组元自身色散对系统色差影响较大。当光学系统处于长焦处时，mzoom,L一般大于1。
[0067] 其次，基于上述前置变焦望远系统100轴向色差分析，建立前置变焦望远系统100玻璃匹配消轴向色差模型，包含公式(8)至公式(10)：
[0068] 构成前置变焦望远系统100的的玻璃材料有nlens种，则前置变焦望远系统100的总光焦度表示为：
[0069]
[0070] 所以，根据所述玻璃组合中各种玻璃材料在各波长下的光焦度计算，具体为：
[0071] 根据公式 计算所述玻璃组合对应的前置变焦望远系统100在各波长下的总光焦度，其中，Φobj(λ)表示玻璃组合对应的前置变焦望远系统100在波长λ下的总光焦度， 表示玻璃组合中第i种玻璃材料在中心波长λc下的光焦度，Di(λ)表示玻璃组合中第i种玻璃材料在输入波长λ下的色散率，λc表示中心波长，系统波长范围若为400nm‑650nm，那么λc则为525nm，而系统波长范围根据光栅工作波段确定。
[0072] 根据各玻璃组合对应的前置变焦望远系统100在各波长下的总光焦度确定最优玻璃组合，具体包括：
[0073] 对于任意一个玻璃组合，若当所述玻璃组合对应的前置变焦望远系统100在两个相邻波长下的总光焦度相等即Φobj(λn‑1)‑Φobj(λn)＝0 (9)表示系统没有轴向色差，由于不存在轴向色差为零的情况，故在进行宽波段光学系统设计时，定义宽波段色差L′400,650，考虑光学系统的艾里判据，即与宽波段两端谱线色差相对应的波像差小于四分之一波长时，可认为光学系统在宽波段成完善像，则判断所述玻璃组合对应的前置变焦望远系统1002 2
的F数是否满足公式|L′400,650|≤2λ400(F/#)+2λ650(F/#) (10)，若满足则确定所述玻璃组合为最优玻璃组合，其中，|L′400,650|表示宽波段色差，λ400表示宽波段中波长最小值，λ650表示宽波段中波长最大值，F/#表示前置变焦望远系统100的F数。
[0074] 在实际应用中，由于使用的探测器对像面照度均匀性的特殊要求，现有提升像面均匀性方案具有如下缺点：
[0075] 偏振探测器400每2×2单元组成一个超像素单元，并分别对应0°，45°，90°和135°透偏振方向，目标的线偏振度、偏振角等信息可通过获取4个对应偏振方向的强度信息计算获得，若在一次像面处，即数字微镜器件200处照度均匀性过差，将会影响偏振探测器400对于边缘视场偏振信息的获取，改善像面照度均匀性的方案有利用桶形畸变和像方远心。
[0076] 采用桶形畸变有利于缓解轴外像点照度的下降，从而改善像面照度的均匀性，但是引入的像差将影响最终成像质量，增大像元对准误差，影响偏振测量和光谱测量。
[0077] 使用像方远心光路时，假设物面的亮度是均匀的，并且轴上点和轴外点所对应的光束截面积相等，即不存在斜光束渐晕，此时像平面的照度可以得到一定程度的改善，最后整个像平面的照度保持一致。随着光阑103位置靠近物方焦平面，像方半视场角将减小，像面照度均匀性将提升，当光阑103置于物方焦平面时，光路为像方远心光路，整个像面照度均匀。像方远心光路需要光阑103置于物方焦平面位置，此时光阑103与后固定组空气间隔较大，不满足光学系统小型化的需求。
[0078] 为防止与后续光学系统发生光路干涉，前置变焦望远系统100需要长后截距，而一般采用的反远距像方远心光路构型，很难达到本申请所设计系统需求的长后截距，若采取此光路构型，将增大光学设计难度，产生额外像差影响成像质量。
[0079] 由于前置变焦望远系统100需具有长后截距、大靶面、低畸变和低色差的特点，并具有高像面照度均匀性，所以本申请光阑103放置在前置变焦望远系统100后固定组前，间距控制在5mm内，此时间距较小，不占用过多空间，易于满足长后截距指标，且一次像面照度均匀性较高，由于后组镜头视场角小，不会对于照度均匀性造成较大影响，可使偏振探测器400像面上边缘视场照度与中心视场照度几乎一致，以满足偏振探测的需求。
[0080] 在实际应用中，光谱成像系统300还包括：棱镜‑光栅‑棱镜，棱镜‑光栅‑棱镜设置在成像镜和中继镜之间，中继镜的出射光通过棱镜‑光栅‑棱镜入射到成像镜上。
[0081] 在实际应用中，首先根据步骤4001到步骤4002确定影响探测器可分辨最小波长差的参数：
[0082] 步骤4001：建立探测器最小分辨波长差数学模型公式(11)和公式(12)。
[0083] 设仪器能够区分的最小光谱间隔为Δλ，则这两条谱线在像面上距离为Δx。由几何关系可得：
[0084]
[0085] 式中，fimg为成像镜焦距，dθ为角色散，m为光栅衍射级次，d表示光栅常数，则探测器最小分辨波长差：
[0086]
[0087] 式中，a为像元尺寸，dλdl为光栅逆线色散。
[0088] 步骤4002：建立偏振探测器400最小分辨波长与光谱成像系统300焦距以及数字微镜器件200与偏振探测器400像元匹配比关系数学模型包含公式(13)至公式(15)：
[0089] 对于透射式光谱仪，有：
[0090]
[0091] 式中，ftotal,S/L表示短焦S或长焦L状态下系统整体焦距，frel表示光谱成像系统300焦距，fobj,S/L表示前置变焦望远系统100焦距，当fobj,S/L带入短焦S状态下前置变焦望远系统100焦距时，ftotal,S/L为短焦S状态下系统整体焦距。长焦状态同理，wDMD表示数字微镜器件
200尺寸，wMPA表示偏振探测器400像元尺寸，r表示数字微镜器件200与偏振探测器400像元匹配比。
[0092] 联立式(12)与式(13)可得：
[0093]
[0094] 简化为矩阵形式：
[0095]
[0096] 式中，常数 常数 frel,n表示第n个光谱成像系统300中中继镜焦距取值，fobj,S/L,n表示第n个前置变焦望远系统100焦距取值，rn表示第n个数字微镜器件200与偏振探测器400像元匹配比。
[0097] 步骤4003：根据公式(13)可知光谱成像系统300中中继镜焦距以及数字微镜器件200与偏振探测器400的像元匹配比对偏振探测器400可分辨最小波长差具有影响，所以选择合适的中继镜焦距以及数字微镜器件200与偏振探测器400像元匹配比。具体的，从式(13)可知，数字微镜器件200与偏振探测器400像元匹配比r和中继镜焦距frel均与探测器最小分辨波长差ΔλMPA成反比，即r与frel数值越大，探测器可分辨的最小波长差越小，即光谱分辨率越高。选用的偏振探测器400像元为3.45um，数字微镜器件200微镜尺寸为7.6um，一般像元匹配比为正整数，在1‑5间，当匹配比大于5时，分辨率2448×2048的探测器将降为
408×342，空间分辨率过低，难以对目标物成高分辨率图像。
[0098] 中继镜入瞳直径选定为棱镜‑光栅‑棱镜直径16mm，当中继镜F/#大于5时，通过的能量过小，此时中继镜焦距为80mm；当焦距小于30mm时，较小的焦距将导致畸变较大，边缘照度降低。
[0099] 在实际应用中，根据最小的探测器可分辨最小波长差对应的组合计算成像镜焦距，具体为根据公式 计算成像镜焦距。
[0100] 在实际应用中，数字微镜器件200将前置变焦望远系统100所成一次像面进行空间维编码调制后反射，进入后续光学系统中，需在工作波段内具有高反射率，且具有高分辨率，作为优选，数字微镜器件200采用ViALUX公司的V‑9001空间光调制器，分辨率为2560×1600，在400nm‑650nm范围内，微镜反射率超过90％，满足系统高分辨率成像，并在工作波段范围内减少光能量损耗。
[0101] 限于分振幅偏振成像光路结构复杂、分孔径偏振成像空间分辨率低、空间调制偏振成像偏振信息标定困难等问题，作为优选，选用分焦平面偏振成像形式即分焦平面偏振探测器获取偏振信息；作为优选的，探测器选用大恒图像MER‑502‑79U3M POL可见光偏振工业相机，像面由多个超像素平铺组成，其中一个超像素由2×2的单像素组合形成，其对角线上的两个像素点相差90°角度，当入射光经过MPA后成像到探测器上，根据超像素的划分，同时获取4个偏振透光轴方向的强度信息，从而实现偏振信息解算，可实时获取目标面阵偏振信息，适用于对动态目标成像。
[0102] 本申请还提供了更具体的实施例，对上述方法进行详细说明：
[0103] 步骤A：前置变焦望远系统100依据步骤1获取初始结构参数：
[0104] 前固定组焦距为194.9mm，变倍组焦距为‑68.4mm，后固定组焦距为63.8mm，变倍组移动距离为63.3mm，前置变焦望远系统100后截距100mm。
[0105] 步骤B：前置变焦望远系统100依据步骤2获取消轴向色差玻璃材料匹配：
[0106] 前固定组采用一组双胶合透镜结构，使用材料HZF39与HZPK5组合；变倍组采用一组双胶合透镜及两块单透镜结构，使用材料H‑LAK5A和ZF6组合，及H‑ZBAF21、H‑BAK4；后固定组采用5块单透镜及一组双胶合透镜结构，使用材料D‑ZK2L、ZF6和H‑ZK8组合、H‑LAF10LA、D‑FK95、H‑ZK6、D‑ZLAF61。
[0107] 步骤C：前置变焦望远系统100依据步骤3获取光阑103位置：
[0108] 光阑103位置为后固定组前2.2mm处。
[0109] 步骤D：光谱成像系统300依据步骤4获取数字微镜器件200与偏振探测器400像元匹配比以及光谱成像系统300焦距：
[0110] 数字微镜器件200与偏振探测器400像元匹配比为2，中继镜焦距为66mm，成像镜焦距为60mm。
[0111] 步骤E：基于上述步骤A到步骤D进行子系统模块化设计，在设计完成后按照光瞳衔接原则拼接记载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统。
[0112] 结合图5及图6说明设计完成的快照式高光谱偏振变焦成像光学系统短焦或长焦状态下成像质量良好，在中心波长时奈奎斯特频率144lp/mm处MTF高于0.2，接近衍射极限。
[0113] 综上所述，本申请设计的记载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统技术指标为：
[0114] 短焦状态焦距：36mm，长焦状态焦距：109mm，短焦状态视场角：13.38°，长焦状态视场角：4.44°，工作波段：400‑650nm，短焦状态空间分辨率：RSS＝0.75m/pixel@5km，长焦状态空间分辨率：RSL＝0.19m/pixel@5km，短焦/长焦状态光谱分辨率为1nm。
[0115] 本申请的有益效果是：
[0116] 1.现有基于数字微镜器件的机载快照式高光谱偏振成像系统在设计过程中，忽略数字微镜器件微镜与探测器像元匹配比和空间分辨率、光谱分辨率的耦合机理。本申请通过使用工作波段在可见光波段的棱镜‑光栅‑棱镜，使成像系统适用于可见光波段。
[0117] 2.本申请为解决现有机载快照式高光谱偏振成像光学系统空间分辨率与光谱分辨率不可同时提高，导致难以实现对目标快速发现并精细化探测等问题，通过将变倍组以滑动形式设置在前固定组和光阑之间，可快速切换短焦‑长焦状态以解决上述问题。
[0118] 3.本申请设计的机载快照式高光谱偏振变焦成像光学系统，是一种单光路、单探测器，一次拍照获取光谱和偏振多维度图像，实时获取动态目标多维信息。可适应快速移动目标，准确、快速、实时的发现并锁定目标，实现变焦距获取目标空间、光谱、偏振信息的数据立方体，有利于目标探测。
[0119] 4.本申请可设计出兼顾高空间分辨率及高光谱分辨率快照式高光谱偏振成像仪，实现了短焦状态对地面目标大面积搜寻，长焦状态对兴趣点精细成像。
[0120] 5.本申请可实现高光谱成像仪的两档变焦，在不改变目标距离的情况下实现光学变倍，使得使用更加灵活；在光谱分辨率不改变的同时，通过短焦状态切换长焦状态，提升空间分辨率，实现对目标精细化识别；无人机可在短焦状态下对地面目标大面积搜寻，对于兴趣点，可快速变焦，使用长焦状态对地面区域进行分辨。
[0121] 6.本申请设计的机载快照式高光谱偏振成像系统在获取目标物二维图像信息的同时，还获得各物点的光谱信息及各波长下的偏振信息，可以更全面、更准确、更细致地了解目标。
[0122] 7.现有的多数设计为一体化设计，本申请采用模块化设计包括前置变焦望远系统、数字微镜器件、光谱成像系统、偏振探测器四个模块，对系统后期可维护性及可升级性有很大好处，且前置变焦望远系统以及光谱成像系统为两个独立设计的子系统，可根据不同应用指标改变单独子系统的不同参数进行光学设计，提高设计效率、提高产品可维护性及可升级性，降低成本。
[0123] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0124] 本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
