[实用新型]一种多光谱立体成像系统

说明书

一种多光谱立体成像系统，由视觉信息获取系统和视觉信息处理系统两部分构成，视觉信息获取系统包括支架，在支架上安装两台同样的多光谱摄像机，其同向对齐设置、光轴平行；多光谱摄像机包含可见光‑近红外摄像机、远红外摄像机和镀膜分光镜；视觉信息处理系统包括视觉处理计算机、单片机和数据传输线，视觉处理计算机通过数据传输线与单片机相连，向单片机传送采集开始和采集终止信号；单片机通过数据传输线与各个摄像机连接；各个摄像机与视觉处理计算机连接。本实用新型利用同一光路同时获得多段光谱信息，使拍摄条件不局限于静止场景条件，不局限拍摄距离以及光照条件，并保证图像间具有高重叠度。

技术领域

本实用新型属于光谱成像领域，具体涉及一种多光谱立体成像系统。

背景技术

随着成像技术和视觉传感器制作工艺的不断发展，各种类型的摄像机逐渐步入到我们的生活当中，在交通、制造业、安防、检验、文档分析、医疗诊断、军事等领域有着广泛的应用。最常见的视觉传感器是可见光摄像机，包括拍摄灰度图像的可见光摄像机和彩色图像的彩色摄像机(RGB摄像机)。然而，可见光仅是整个太阳光谱的一小部分，因而可见光摄像机所获取的信息相对有限，其获取条件也较为苛刻，对环境的光照条件较为敏感，在夜晚、强光照或雾霾天气下难以有效拍摄。因而，出现了拍摄不同波段的不可见光的视觉传感器，包括紫外摄像机、近红外摄像机、中红外摄像机、远红外摄像机等，不过，由于单一传感器所获取的信息源单一，信息采集能力有限，因而能够采集多种光谱的多光谱摄像机应运而生。多光谱摄像机使用滤光片，从场景获得的具有各种波段的光中分离出特定波段，并利用特定的成像器件进行感光，从而获取不同频谱的信息。从获取图像的频谱来看，现有的多光谱摄像机的成像范围集中于可见光波段、紫外波段、近红外波段，少数涉及到了中红外波段。特别地，一些多光谱相机将其获取的光谱限定到了特定波长，如880nm近红外、650nm红光、550nm绿光、450nm蓝光等，其获取的是特定波长光谱的图像。

从多种光谱的获取方式来看，现有的多光谱摄像机可以分为以下三类：第一类多光谱摄像机采用相机阵列的形式，阵列中的每一个位置对应一个普通摄像机或多光谱摄像机。这种多光谱摄像机将获得不同频谱的相机组合起来，从而能够同时获得场景中的多种频谱信息，但是由于阵列中每个相机的光路不同，因而整个摄像机很难对准同一目标物，获取的图像重叠精度差。

第二类多光谱摄像机，只包含一个镜头和一个成像元器件(即使用同一光路)。这类摄像机通过在不同时刻使用不同滤光片的方式，获得场景中不同波段的频谱信息。通常滤光片的更换以一个高速旋转的滤光片轮的形式来实现，该轮盘一般包含6-8个可更换滤光片，转速最高可达每秒100圈，该类相机拍摄时要求场景是静止的，这样才能保证不同频谱的图像间具有较高的重叠精度。

第三类多光谱摄像机，只包含一个镜头，但包含多个滤光片和成像元器件。该类摄像机利用分光镜，将从场景中获取的光线分解成若干束，每一束光经过其对应的滤光片投射到相应的成像元器件上，从而获得特定光谱的图像。这类摄像机主要在可见光、紫外、近红外波段同时获取2-3种不同频谱的图像信息，不同频谱间图像的重叠精度高，且不要求拍摄场景静止，但成本很高，成本直接与分光后的光路数量相关。

以上所述多光谱摄像机均是被动接受场景中的各种光谱进行成像。除此之外，市面上还有通过接收主动发射的红外、结构光或激光来感知场景三维特性的摄像机，这类摄像机可统称为RGB-D摄像机，其使用可见光摄像机获取场景物体的颜色信息，而主动发射/接收部分则能够获取场景物体的深度信息，继而实现同时获得可见光信息和深度信息的功能，但该类摄像机只能被动感知场景中的可见光信息，其精确的深度检测范围通常在0.4m-4.0m，最大不超过10m，因此仅适用于室内环境。