CN101782505A - 一种高光谱成像的光源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高光谱成像的光源系统，光照箱为密闭长方体，其箱体内腔分别设置线扫描相机、分光系统、电控平移台载物台及其上的被检测物体、电控平移台丝杆、线光源箱和光敏二极管；其箱体外设置线光源控制器、电控平移台控制器和计算机；光敏二极管感应线光源光强变化并输入反馈信号至线光源控制器，线光源箱内部具有卤素灯，卤素灯与线光源控制器相连。本发明不需要光纤进行传导，消除了光照不均带来的噪声，增加光照均匀度和稳定性；消除由于光源使用寿命增加和外部电路不稳定引起的光强变化，抑制了信号采集过程中的基线漂移现象，提高了光源的利用率，可采集高质量、高稳定性的高光谱图像。

Description

一种高光谱成像的光源系统
技术领域
本发明涉及一种高光谱成像技术，特指一种可智能调节光强的用于高光谱成像的光源系统。
背景技术
高光谱成像的基本过程是由光源发出一定波段的光照射到物体表面，光在物体的表面、内部发生反射、散射、透射等变化，一部分光进入高光谱相机分光系统，被相机内部的传感器捕获，经过光电转换等信号处理后输出高光谱图像。从高光谱成像过程可以发现，光源为整个成像系统提供能量输入，光源布置方法决定了光在物体表面反射路径，因此光源及其布置方法是整个成像系统的关键组成部分。虽然高光谱成像精度高，但是获取高质量、高稳定性的图像必须以稳定的光源和合理的光照布局为前提。
目前，常用卤素灯作为高光谱成像系统的光源，且获取图像的方式以漫反射为主。如申请号为200610097857.5、名称为“一种高光谱成像技术检测农畜产品的装置和方法”的专利申请，采用卤素灯、紫外灯为光源，获取农畜产品的反射光图像。申请号为200520099328.x、名称为“一种利用高光谱图像技术检测水果的装置和方法”的专利申请，高光谱图像系统光源为卤素灯和激光灯，光经两根光纤传导后汇聚到水果表面，并在相机镜头前放置了会聚镜头。虽然上述公开的两种装置能够满足高光谱图像获取的基本要求，但其缺陷是：1、没有对光源及光源布置方式进行优化，如卤素灯随着使用寿命的增加，发光效率和光强会发生变化，以及光在光纤传导过程中的能量损失等。2、光源照射物体的方式单一，光源是同载物台平面成一定的角度的方式将光直接投射到物体上，难以保证光照均匀。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提出一种能优化的智能调节光照强度的高光谱成像的漫反射光源系统，获得稳定性好的高光谱图像。
本发明采用的技术方案是：光照箱为密闭长方体，其箱体内腔分别设置线扫描相机、分光系统、电控平移台载物台及其上的被检测物体、电控平移台丝杆、线光源箱和光敏二极管；其箱体外设置线光源控制器、电控平移台控制器和计算机；所述电控平移台载物台设置于光照箱下部且连接电控平移台丝杆，电控平移台丝杆连接电控平移台控制器，线光源箱设置于被检测物体的侧上方，光敏二极管设置于线光源箱附近且与线光源控制器相连，光敏二极管感应线光源光强变化并输入反馈信号至线光源控制器；线光源箱内部具有卤素灯，卤素灯与线光源控制器相连；线扫描相机设置于光照箱上部以及被检测物体的正上方位置，线扫描相机与分光系统和计算机相连。
本发明的有益效果是：
1、卤素灯被直接安放在线光源箱中，不需要光纤进行传导，避免了光在光纤传导过程中的能量损失，同时也降低了系统成本，
2、光在线光源箱中发生漫反射后，通过缝隙投射出来的线光是均匀的，消除了光照不均带来的噪声，增加光照均匀度。
3、线光源控制器将交流电频率从60Hz增加到高频后，线光源输入电流与稳压直流类似，增加了光源的稳定性。
4、线光源控制器通过光敏二极管的反馈信号可以感知线光源光强的变化，并通过调节输入电流的大小保证线光源始终处于同一光强度，消除由于光源使用寿命增加和外部电路不稳定引起的光强变化。抑制了信号采集过程中的基线漂移现象，提高了光源的利用率，可采集高质量的、高稳定性的高光谱图像。
附图说明
图1是高光谱成像光源系统的连接示意图，
图2是图1中线光源箱7的结构放大图；其中，图2(a)为线光源箱7的外形图，图2(b)为线光源箱7内部卤素灯13的布置图。
图3是图1中不同频率下交流电波形图。
图中：1光照箱；2线扫描相机；3分光系统；4被检测物体；5电控平移台载物台；6电控平移台丝杆；7线光源箱；8光敏二极管；9线光源控制器；10电控平移台控制器；11计算机；12狭缝；13卤素灯。
具体实施方式
本发明所述高光谱成像系统示意图如图1所示，光照箱1为不锈钢材料制成的密闭长方体，形成一个环境可控的密闭空间，防止外界光线对高光谱成像产生影响，同时也为高光谱成像系统中其它部件的架设提供支撑点。在光照箱1内腔中分别设有线扫描相机2、分光系统3、被检测物体4、电控平移台载物台5、电控平移台丝杆6、线光源箱7和光敏二极管8。在光照箱1箱体外设置线光源控制器9、电控平移台控制器10和计算机11。其中，电控平移台载物台5位于光照箱1下部，且连接电控平移台丝杆6，电控平移台丝杆6连接电控平移台控制器10，电控平移台6移动的速度和方向由电控平移台控制器10控制。在电控平移台载物台5上放置被检测物体4，线光源箱7设置于被检测物体4的侧上方，光敏二极管8设置于线光源箱7附近并与线光源控制器9相连，在线光源箱7中设置卤素灯13，卤素灯13与线光源控制器9相连。在光照箱1的上部位置以及被检测物体4的正上方设置线扫描相机2，线扫描相机2前部连接分光系统3，线扫描相机2与计算机11连接。
线光源箱7的具体结构如图2所示，图2(a)中，线光源箱7是一个直径为10～25cm、高度为10～40cm的空心圆柱体结构，其壁的厚度以不透光为准。在该空心圆柱体的轴向壁上开一个狭缝12，空心圆柱体的内壁具有一定的粗糙度，并用白油漆喷涂，以利于光发生漫反射。如图2(b)，将4～6盏卤素灯13安装在空心圆柱体的内部，卤素灯按图2(b)所示以竖列的形式排列于空心圆柱体内部，卤素灯13线光源通电后发出的光在线光源箱7的内壁发生漫反射，形成高光谱成像所需的线光源，发生漫反射过程可以将光混合均匀，保证从狭缝12投射出来的光是均匀的。
线光源控制器9的作用是将交流电频率从60Hz提高到更高频率(如60kHz)，交流电频率增高后，可以近似等同于稳压直流电源，从而减少卤素灯13闪烁带来的信号波动。光敏二极管8能够感应线光源光强变化并输给线光源控制器9一个反馈信号，线光源控制器9根据光敏二极管8提供的反馈信号，感知线光源光强的变化，并调节线光源输入电流的大小来稳定光源强度，保证线光源光强始终处于同一水平，从而消除光源使用寿命增加及外部电路变化所引起的光强波动。
高光谱成像具体过程如下：线光源箱7发出线光投射到被检测物体4上，线光被被检测物体4反射后进入高光谱相机的分光系统3并被分成单色光，分成单色光后被线扫描相机2线阵传感器捕获，从而得到被检测物体4的一条线状高光谱图像；同时，电控平移台控制器10通过控制电控平移台丝杆6的旋转速度和方向驱动电控平移台5不断移动，带动被检测物体4也不断移动，移动过程中线光可以像刷子一样扫过被检测物4的整个表面，从而得到被检测物4的完整图像，完成被检测物4的高光谱图像成像。采集到的高光谱图像通过数据线保存到计算机11上。
图3为不同频率下交流电波形示意图，图中纵坐标取值范围为[-1，1]，横坐标取值范围为[-π/100，π/100]，横坐标间隔为π/100000。图3(a)对应的频率为60Hz，图3(b)对应的频率为600Hz，图3(c)对应的频率为6000Hz，图3(d)对应的频率为60000Hz。从图3可以得出如下结论：随着交流电频率的增加，单位长度(横坐标轴)内的波形越密集，即所发出的线光越稳定。

Claims (2)

1.一种高光谱成像的光源系统，包括光照箱(1)、线光源箱(7)和卤素灯(13)，其特征是：光照箱(1)为密闭长方体，其箱体内腔分别设置线扫描相机(2)、分光系统(3)、电控平移台载物台(5)及其上的被检测物体(4)、电控平移台丝杆(6)、线光源箱(7)和光敏二极管(8)；其箱体外设置线光源控制器(9)、电控平移台控制器(10)和计算机(11)；所述电控平移台载物台(5)设置于光照箱(1)下部且连接电控平移台丝杆(6)，电控平移台丝杆(6)连接电控平移台控制器(10)，线光源箱(7)设置于被检测物体(4)的侧上方，光敏二极管(8)设置于线光源箱(7)附近且与线光源控制器(9)相连，光敏二极管(8)感应线光源光强变化并输入反馈信号至线光源控制器(9)；线光源箱(7)内部具有卤素灯(13)，卤素灯(13)与线光源控制器(9)相连；线扫描相机(2)设置于光照箱(1)上部以及被检测物体(4)的正上方位置，线扫描相机(2)与分光系统(3)和计算机(11)相连。
2.根据权利要求1所述的一种高光谱成像的光源系统，其特征是：所述线光源箱(7)为空心圆柱体结构，该空心圆柱体的轴向壁上具有一个狭缝(12)，壁厚以不透光为准，内壁具有粗糙度。
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Assignee: SUZHOU XIAOCREATE OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: Jiangsu University

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Denomination of invention: Hyperspectral imaging light source system

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