CN100516795C

CN100516795C - 双光谱图像检测仪

Info

Publication number: CN100516795C
Application number: CNB2003101175838A
Authority: CN
Inventors: 庞其昌; 靳贵平; 李洪
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Jinan University; University of Jinan
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-12-29
Also published as: CN1554929A

Abstract

本发明是一种双光谱图像检测仪。包括有紫外成像系统、背景成像系统、信号采集装置及信号处理装置，其中紫外成像系统包括有成像物镜(1)、二色分光镜(2)、紫外图像增强器组件A、第一耦合透镜(9)、第一摄像机(10)，背景成像系统包括有成像物镜(1)、二色分光镜(2)、反射镜(11)、第二耦合透镜(12)、第二摄像机(13)，成像物镜(1)投射到二色分光镜(2)分成紫外光束和背景光束，紫外光束透过二色分光镜(2)成像在紫外图像增强器A的输入面上，光谱转换和亮度增强后的图像由图像增强器组件A的荧光屏输出，经第一耦合透镜(9)耦合到第一摄像机(10)上；背景光束经反射镜(11)反射，再经第二耦合透镜(12)耦合到第二摄像机(13)上，两路图像由信号处理装置处理、叠加复原。本发明响应速度快，紫外的转换效率高，可准确地检测幅射发生的位置和强度。

Description

双光谱图像检测仪

技术领域：

本发明是一种紫外双光谱图像检测仪，属于图像检测仪的创新技术。

背景技术：

目前，输变电系统放电检测和火警监测主要采用红外线检测系统，其存在的缺点是不但抗干扰能力弱，误检、误报率高，而且不能在强光照射环境下工作，难以确定放电和火警的位置；且时间响应频率低，结构复杂，成本高。为此，近年来在输变电系统放电检测和火警监测逐渐采用了紫外报警器，但由于其没有成像功能和背景图像信号，故无法实现定位和故障程度的判别，且其结构复杂，体积大，操作麻烦，携带不便。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种响应速度快，紫外的转换效率高，可准确地了解幅射发生的位置和强度的双光谱图像检测仪。本发明可通过紫外辐射的情况迅速掌握放电、火警的位置和程度，提高系统故障排除的速度和准确性，有效提高工作效率，本发明设计巧妙，结构紧凑、合理，重量轻，操作简单，便于携带，适用于高压输变线路的巡检、航拍，火灾报警和监测，紫外信号的探测和准确定位，放电研究等。

本发明的结构示意图如附图所示，包括有紫外成像系统、背景成像系统、信号采集装置、信号处理装置，其中紫外图像、背景图像分路成像，由紫外成像系统获得紫外图像信号，由背景成像系统获得背景图像信号，紫外图像信号与背景图像信号通过信号采集装置传输到信号处理装置，进行信号处理和叠加复原。

上述紫外成像系统包括有成像物镜(1)、二色分光镜(2)、紫外图像增强器组件A、第一耦合透镜(9)、第一摄像机(10)，背景成像系统包括有成像物镜(1)、二色分光镜(2)、反射镜(11)、第二耦合透镜(12)、第二摄像机(13)，成像物镜(1)投射到二色分光镜(2)分成紫外光束和背景光束，紫外光束透过二色分光镜(2)成像在紫外图像增强器组件A的输入面上，光谱转换和亮度增强后的图像由图像增强器组件A的荧光屏输出，经第一耦合透镜(9)耦合到第一摄像机(10)上，背景光束经反射镜(11)反射，成像在第二耦合透镜(12)，经第二耦合透镜(12)耦合到第二摄像机(13)上。

上述紫外增强器组件A的前端还装设有紫外干涉滤光镜片(3)。

上述紫外图像增强器组件A包括有增强器外壳(4)、紫外转换屏(5)、图像增强器(6)、垫环(7)、锁紧螺环(8)，紫外转换屏(5)及图像增强器(6)置于增强器外壳(4)内，并通过垫环(7)及锁紧螺环(8)固定。

上述成像物镜(1)、二色分光镜(2)、紫外干涉滤光镜片(3)、紫外图像增强器A、第一耦合透镜(9)、反射镜(11)、第二耦合透镜(12)的安装轴线与成像光束的轴线重合。

上述信号采集装置为视频采集卡(15)，信号处理装置为计算机(16)，视频采集卡(15)与计算机(16)通过视频传输电缆(14)连接。

上述计算机(16)还连接有显示屏(17)

上述背景成像可为可见光成像及红外线成像。

上述二色分光镜(2)为在紫外滤光片或透紫外光石英基片上镀紫外增透膜系做成。

本发明由于采用了双光路成像的结构方式，故除了可实时监测到紫外辐射图像外，还有如下优点：①紫外图像、背景图像分路成像，可消除不同光谱的相互干扰；②响应速度快，紫外的转换效率高，可检测到强光下的弱紫外信号；③在记录或观察到紫外辐射的同时，可准确地了解幅射发生的位置和强度，通过紫外辐射的情况迅速掌握放电、火警的位置和程度，提高系统故障排除的速度和准确性，有效提高工作效率；④可根据两路图像信号的具体情况采用不同的处理方法和程序，获到最佳的图像，有利于后处理。本发明是一种设计巧妙，结构紧凑、合理，重量轻，操作简单，便于携带的双光谱图像检测仪。适用于高压输变线路的巡检、航拍，火灾报警和监测，紫外信号的探测和准确定位，放电研究等。

附图说明：

下面结合附图详细说明本发明的具体结构：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的光路图；

图3为本发明中紫外图像增强器组件A的结构示意图。

具体实施方式：

实施例：

本发明的结构示意图如图1、2所示，包括有紫外成像系统、背景成像系统、信号采集装置、信号处理装置，其中紫外图像、背景图像分路成像，由紫外成像系统获得紫外图像信号，由背景成像系统获得背景图像信号，紫外图像信号与背景图像信号通过信号采集装置传输到信号处理装置，进行信号处理和叠加复原。

上述紫外成像系统包括有成像物镜1、二色分光镜2、紫外图像增强器组件A、第一耦合透镜9、第一摄像机10，背景成像系统包括有成像物镜1、二色分光镜2、反射镜11、第二耦合透镜12、第二摄像机13，成像物镜1投射到二色分光镜2分成紫外光束和背景光束，紫外光束透过二色分光镜2成像在紫外图像增强器组件A的输入面上，光谱转换和亮度增强后的图像由图像增强器组件A的荧光屏输出，经第一耦合透镜9耦合到第一摄像机10上，背景光束经反射镜11反射，成像在第二耦合透镜12，经第二耦合透镜12耦合到第二摄像机13上。本实施例中，成像物镜1采用可透紫外的普通镜头或变焦镜头，其透射光谱覆盖红外、可见和近紫外，以保证背景图像和紫外图像的成像效果，二色分光镜2是在紫外滤光片或透紫外光石英基片上镀紫外增透膜系做成，用专门设计的支架固定在底座上。上述背景成像可为可见光成像及红外线成像。

考虑光束中也含有环境的背景光，会形成图像噪声，上述紫外增强器组件A的前端还装设有紫外干涉滤光镜片3，以保证进入镜头的紫外光质量。

上述紫外图像增强器组件A包括有增强器外壳4、紫外转换屏5、图像增强器6、垫环7、锁紧螺环8，紫外转换屏5及图像增强器6置于增强器外壳4内，并通过垫环7及锁紧螺环8固定，如图3所示。本发明的紫外图像增强器有两种方式：①采用对紫外敏感的光电阴极制作的像增强器；干涉滤光镜片的透过光谱段在日盲波段，以提高紫外图像的像质，消除日光的干扰；②用紫外转换屏和微光像增强器组合成紫外像增强器，其方法是将做有紫外转换屏的光纤面板与微光增强器直接耦合组成紫外增强器组件或直接将紫外荧光屏制作在微光增强器的输入窗端面上构成紫外图像增强器组件。

为保证成像质量，上述成像物镜1、二色分光镜2、紫外干涉滤光镜片3、紫外图像增强器组件A、第一耦合透镜9、反射镜11、第二耦合透镜12的安装轴线与成像光束的轴线重合，第一耦合透镜9和第一摄像机10依次安装在增强器外壳4的后端，整体固定在仪器底座上。

上述信号采集装置为视频采集卡15，信号处理装置为计算机16及视频采集卡15与计算机16通过视频传输电缆14连接，计算机16通过信号处理、叠加程序对视频采集卡15采集的信号进行处理。

为能显示出背景和紫外光的合成图像或存储器记录，上述计算机16还连接有显示屏17。

本发明使用时，被检物体发出的光经成像物镜后，由二色分光镜分成紫外光束和背景光束，紫外光束透过分光镜，再经紫外滤光镜滤光后成像在紫外像增强器的输入面上，该紫外图像由紫外像增强器完成光谱转换和增强，在像增强的荧光屏上输出可见光图像，经耦合透镜耦合到摄像机上；背景图像光束被二色分光镜反射，由另一路的反射镜、耦合透镜耦合到摄像机；同一景物的两路成像光路所获得视频信号经图像采集卡(双卡或复合卡)采集后，传输到信号处理器进行适时去噪、整形、缩放处理和图像叠加，最后在显示屏显示出背景和紫外光的合成图像或存储器记录，或同时进行显示和记录。为确保图像叠加的准确性，除在机构上采取了必要的调整装置(如：光路平行调节、像面垂直度调节、扭曲调节)外，在图像处理和图像叠加软件中，设计了基准点、基准图框校准、对正、图像放大、缩小调整程序，达到叠加图像的精确调整和校正。还可根据需要，在显示图像的同时以数显的方式指出发生紫外幅射的相对位置和发光强度，以确定放电或火警的确切位置和程度。

采用双光路成像方式除可实时监测到紫外辐射图像外，还有如下优点：①紫外图像、背景图像分路成像，可消除不同光谱的相互干扰；②响应速度快，紫外的转换效率高，可检测到强光下的弱紫外信号(一般放电火警都伴随有可见光辐射，但常被背景光覆盖，强光背景下难以观察到)；③在记录或观察到紫外辐射的同时，可准确地了解幅射发生的位置和强度，通过紫外辐射的情况迅速掌握放电、火警的位置和程度，提高系统故障排除的速度和准确性，有效提高工作效率；④可根据两路图像信号的具体情况采用不同的处理方法(如放大、增强等)和程序，获到最佳的图像，有利于后处理。本发明的物镜可手动或电动调焦，光强用光圈控制；有记录显示选择功能；设有视频信号和控制信号输出接口；可采用交、直流两种供电方式工作，也可用电池供电，携带方便，操作简单。

Claims

1、一种双光谱图像检测仪，包括有紫外成像系统、背景成像系统、信号采集装置、信号处理装置，其中紫外图像、背景图像分路成像，由紫外成像系统获得紫外图像信号，由背景成像系统获得背景图像信号，紫外图像信号与背景图像信号通过信号采集装置传输到信号处理装置，进行信号处理和叠加复原，其特征在于上述紫外成像系统包括有成像物镜(1)、二色分光镜(2)、紫外图像增强器组件A、第一耦合透镜(9)、第一摄像机(10)，背景成像系统包括有成像物镜(1)、二色分光镜(2)、反射镜(11)、第二耦合透镜(12)、第二摄像机(13)，紫外图像增强器组件A包括有增强器外壳(4)、紫外转换屏(5)、图像增强器(6)、垫环(7)、锁紧螺环(8)，紫外转换屏(5)及图像增强器(6)置于增强器外壳(4)内，并通过垫环(7)及锁紧螺环(8)固定，成像物镜(1)投射到二色分光镜(2)分成紫外光束和背景光束，紫外光束透过二色分光镜(2)成像在紫外图像增强器组件A的输入面上，光谱转换和亮度增强后的图像由图像增强器组件A的荧光屏输出，经第一耦合透镜(9)耦合到第一摄像机(10)上，背景光束经反射镜(11)反射，成像在第二耦合透镜(12)，经第二耦合透镜(12)耦合到第二摄像机(13)上。

2、根据权利要求1所述的双光谱图像检测仪，其特征在于上述紫外增强器组件A的前端还装设有紫外干涉滤光镜片(3)。

3、根据权利要求2所述的双光谱图像检测仪，其特征在于上述成像物镜(1)、二色分光镜(2)、紫外干涉滤光镜片(3)、紫外图像增强器组件A、第一耦合透镜(9)、反射镜(11)、第二耦合透镜(12)的安装轴线与成像光束的轴线重合。

4、根据权利要求1所述的双光谱图像检测仪，其特征在于上述信号采集装置为视频采集卡(15)，信号处理装置为计算机(16)，视频采集卡(15)与计算机(16)通过视频传输电缆(14)连接。

5、根据权利要求4所述的双光谱图像检测仪，其特征在于上述计算机(16)还连接有显示屏(17)。

6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的双光谱图像检测仪，其特征在于上述背景成像系统为可见光成像系统及红外线成像系统。

7、根据权利要求1或2或3或4或5所述的双光谱图像检测仪，其特征在于上述二色分光镜(2)为在紫外滤光片或透紫外光石英基片上镀紫外增透膜系做成。