[发明专利]一种快速准连续多光谱成像系统及其成像方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种多光谱成像装置，具体地说是一种快速准连续多光谱成像系统及其成像方法。

背景技术

光谱成像技术作为一种面向资源调查、环境监测和伪装检查等领域的观测新技术，在世界范围内尤其是发达国家正得到日益广泛的应用。

光学成像仪获得物体的影像信息，光谱仪获得物质的光谱信息，这两类光学技术均已有数百年的发展史，但在上世纪五十年代前，它们基本上是独立发展的。

光谱成像技术是将光学成像与光谱分析技术结合起来一种分析技术。光谱成像是在电磁波的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取连续光谱中不同频率下的光谱图像数据，它包含了被观测物体的图像信息和光谱信息。因此光谱成像技术极大地提高了对被测目标的识别与分析能力。随着光学成像技术、光谱分析技术、高分辨率高灵敏度图像传感器技术，尤其是计算机海量数据处理能力的高速发展，光谱成像技术逐步进入实用化阶段，在遥感资源调查和军事侦察等领域受到高度的重视。

光谱成像系统主要由光学成像仪和光谱仪两部分构成。目前最常见的光谱成像系统采用液晶推扫模式，将目标平面分解成若干线条，每个线条的各个点通过透镜组、狭缝、棱镜构成的分光系统，获得该点的光谱信息，同时成像在面阵图像传感器上(通常是面阵CCD)获得该线条的图像信息。机械推扫装置连续移动目标位置，即可获得整个目标平面的光谱信息和图像信息。

推扫式光谱成像技术由于受到推扫行为模式的限制，成像速度较慢，通常只能适用于实验室研究等特殊场合，或者需要加装复杂的扫描装置才能用于固定机位状态下的光谱成像测量。

中国发明专利“实现高光谱成像的方法(申请号：200810024209.6；公开号：CN101285885A)”提出了3种近似的实现高光谱成像的方法，该方法利用数字微镜或反射式液晶或透射式液晶等光阀类面阵元件对像素点的能量进行控制，采用像素寻址扫描技术逐点打开指定的像素或像素群，将目标像的光能量逐点的送入光谱分析系统，并利用线阵CCD器件记录每个像素点的二维空间的光谱信息。但该方法装置结构复杂，成本高。由于采用对像素点的逐点扫描，成像速度慢，像素之间的干扰严重。中国发明专利“一种植被多/高光谱成像装置(申请号：201010612022.5；公开号：CN102162851A)”提出了一种关于植被的多/高光谱成像装置，它包括一滤色片壳体、一光学镜头、一成像单元、放置在所述滤色片壳体中的滤色片、一滤色片更换装置、一计算机和一电源；其中，所述滤色片壳体、光学镜头和成像单元顺序排列，且各中心同轴；所述光学镜头与成像单元固连，且所述成像单元位于所述光学镜头的成像面上；所述滤色片更换装置的控制端电连接所述计算机，所述成像单元与计算机进行数据及控制信号通信；所述电源为各用电设备供电。该装置能够实现对地表植被变化、生物组分和生化组分的估算，但该装置结构复杂、滤色片更换速度慢，不能实现快速光谱扫描。

发明内容

为了克服现有的光谱成像系统成像速度慢、使用条件受限制、装置成本高等不足，本发明提供了一种能够实现快速准连续的多光谱成像系统。

为实现上述目标，本发明采取以下技术方案：一种快速准连续多光谱成像系统，其特征在于：包括高速相机、准连续分光装置、扫描驱动机构。

所述高速相机包括相机机身、相机镜头、成像传感器，与计算机或数据存储设备通过数据连接线连接，实现数据通信。

所述的准连续分光装置通过卡口配合设置在高速相机的镜头与相机机身之间，在所述的扫描驱动机构驱动下，对通过相机镜头进入相机机身内的光线进行处理，获得准连续的单色光，并依次聚焦到成像传感器上，获得一系列准连续的光谱图像。

所述的准连续分光装置由准连续干涉滤光片组和滤光片轮组成，所述的准连续干涉滤光片组由一组光谱通带半宽度为1nm～200nm，中心波长间隔为5nm～200nm的准连续波长带通滤光片组成，也可根据需要选择配置各滤光片的通带半宽度、中心波长及波长间隔，按波长顺序安装在所述的滤光片轮上，由扫描驱动机构驱动以一定速度旋转并在特定位置暂停，旋转速度、暂停位置及暂停时间与所述相机镜头曝光时间相匹配，以进行不同波长下的图像采集。

所述滤光片的直径与所述的成像传感器的尺寸相适应，保证来自镜头的光线能全部通过滤光片，并聚焦在成像传感器的成像焦平面上。所述扫描驱动机构由步进电机及单片机控制的霍尔传感器组成，步进电机控制滤光片轮的旋转及停留时间，单片机控制的霍尔传感器配合步进电机控制滤光片轮的定位和复位。

利用所述的成像系统进行快速光谱成像的方法包括以下步骤：