[发明专利]基于轮转式的高速光谱通道切换的高光谱成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高光谱成像技术领域，尤其涉及一种基于轮转式的高速光谱通道切换的高光谱成像装置。

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。

高光谱成像技术结合了两个著名的科学方法，即光谱和成像。它通过把色散光学与普通成像设备有机结合，来获取图像每个像素点的光谱信息。这种结合可对同一目标物在不同波段情况下获得图像来创建一个3维的目标物信息数据库，其中包括2维的图像信息和一维的光谱信息。因此，高光谱图像可定义为在不同波长下所获得图像的集合或者每个像素点所包含不同成像场景光谱值的集合。

成像光谱技术以物质的分析理论为基础，涉及光学设计、成像技术、光电探测、信号处理与信息挖掘、光谱信息传输等研究领域，成像光谱技术是指在电磁波波谱的可见光、近红外和红外等波段区域针对研究对象获取许多非常窄且光谱连续的二维空间图像信息及一维光谱信息的光学遥感技术，该技术可通过记录观测场景中研究对象光谱特征的完整且连续的光谱曲线，能够达到准实时地获取研究对象的空间影像信息和在探测器上每个像元对应的光谱分布，然后， 通过相应的图像处理技术，获得包含研究对象的二维空间信息及一维光谱信息的三维图像数据立方体，实现了对研究对象的空间、辐射、光谱三种信息的同步获取。与几何成像仪相比，由于成像光谱仪在获得目标图像信息的同时，还能够得到空间可分辨单元的光谱特征，因此，成像光谱仪获得的信息量很大。

中国发明专利“一种快速准连续多光谱成像系统及其成像方法”(申请号：201310250192.7；公开号：CN103344333A)”提出了能够实现快速准连续的多光谱成像系统，其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。该系统在准连续多光谱图像采集时步进电机驱动滤光片组旋转，霍尔传感器配合单片机控制步进电机，让每个滤光片依次在相机镜头正后方位置做短暂停留，但这种方法导致滤光轮在每次切换滤光器时都要经过角加速度和角减速度的过程，这种加速和减速需要相对比较大且耗能的电机，而这种电机往往振动会比较大，会对位置的精度和系统的稳定性产生不利影响。也会使得相机获取第一帧到最后一帧图片的时间间隔非常大，这种连续启停的方式导致系统功耗大，滤色片更换速度慢，不能实现高速光谱扫描。

发明内容

为了克服现有的高光谱成像系统功耗大，滤色片更换速度慢，不能实现高速光谱扫描的不足，本发明提供一种基于轮转式的高速光谱通道切换的高光谱成像装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于轮转式的高速光谱通道切换的高光谱成像系统，包括高速分光装置、成像单元、直角反射镜头、计算机、信号采集与处理模块、外壳；其中，所述外壳包括底盘、筒壁和上盖， 筒壁固定安装在底盘上，上盖放置在筒壁的上部，上盖上开有通孔；所述直角反射镜头安装在上盖上的通孔处，高速分光装置安装在底盘上，成像单元安装在与底盘固连的支架上；所述成像单元位于直角反射镜头的成像面上；所述高速分光装置位于成像单元与直角反射镜头之间，对通过直角反射镜头进入的光线进行处理，获得相应的单色光，并依次聚焦到所述成像单元上，得一系列光谱图像；所述高速分光装置和成像单元均与信号采集与处理模块相连，信号采集与处理模块和成像单元均与计算机相连。

进一步的，所述直角反射镜头包括平面反射镜和透镜；光线穿过透镜并通过平面反射镜使光线旋转90度。

进一步的，所述高速分光装置包括霍尔传感器、滤光轮和扫描驱动机构；所述滤光轮安装在扫描驱动机构上；所述成像单元包括滤色片和高速图像传感器；所述滤光轮上开有若干安装滤色片的通槽；所述每个通槽的侧面均安装有一个永磁磁铁，其中起始通槽处另加放一个永磁磁铁，用于系统复位；所述霍尔传感器安装在与底盘固连的支架上，用于接收永磁磁铁的定位信号；霍尔传感器和信号采集与处理模块相连；所述高速图像传感器安装在与底盘固连的支架上；霍尔传感器接收到永磁磁铁的定位信号后传输给信号采集与处理模块进行信号处理，信号采集与处理模块控制高速图像传感器进行曝光及图像采集，高速图像传感器将采集的数据通过USB保存在计算机中。