CN102175316A - 一种x-y振镜扫描式超光谱图数据采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法，包括以下步骤：探头与被测物体分别在场镜的两侧物象共轭位置，在探头与场镜之间安装X振镜和Y振镜；光源发出的光束经过斩波器，按照第一预设频率对光进行调制，获取调制后的光，通过Y型光纤的(A)端，经过探头、X振镜、Y振镜和场镜照射到被测物体表面的目标位置，发生反射，获取反射光，经场镜、X振镜和Y振镜后进入探头，经由Y型光纤的(B)端导入到光谱仪，以第二预设频率对反射光进行连续采样，得到多幅反射光谱序列Si；按照时间顺序将同一波长对应的数据
Figure DDA0000044474150000011
进行排序，获取各个波长的光强序列，进行傅立叶变换，获取最大谐波分量
Figure DDA0000044474150000012
按照各个波长顺序进行排序，获取反射光谱。

Description

一种X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法
技术领域
本发明涉及对超光谱图数据的采集，特别涉及一种X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法，具有结构简单，扫描视场范围大，系统稳定，光谱分辨力高，实用性强，成本低的特点，特别是还能抑制环境光的干扰。
背景技术
超光谱技术是一种集光、机、电及计算机于一体的技术。它能够在连续光谱段上对同一目标同时成像，可直接反映出被观测物体的光谱特征，甚至物体表面的物质成分，因此在军事、工业、农业、医学等领域都有极高的应用价值。
目前的超光谱技术按照扫描方式分为：旋转扫描式和面阵推扫式两种方式。其中，旋转扫描式成像系统的收集系统对空间形成一个很小的角度——瞬时视场角，在瞬时视场内的被测物辐射能由旋转反射镜反射到光谱收集系统获得整个被测物高光谱信息。该方法的优点是扫描视场大，作业效率高。航天中运用该方法的有美国的MIVIS和DAIS、中国的MAIS和OMIS等。面阵推扫式扫描高光谱获取方法通常是借助于被测物平台移动或者光谱获取装置平动实现被测物反射超光谱图数据采集，该方法视场范围小。
目前面阵推扫式扫描高光谱获取方法运用较多。如航天中，面阵推扫式扫描高光谱获取方法通常是借助于遥感平台沿飞行方向运动和遥感器本身光学机械横向扫描达到地面覆盖，从而得到地面条带图像的成像装置，如美国陆地资源卫星Landsat上的多光谱扫描仪(MSS)。农业中，中国专利(申请日：2005年12月9日，申请号：200520099328.X，水果高光谱图像采集装置)提出了一种水果高光谱图像采集装置，通过被测水果平动实现整个苹果二维图像和光谱数据采集；现有技术中还提出了推扫式超光谱舌象采集仪，通过运用时序控制器控制光学成像系统平动，实现对舌体的逐行推扫，最后获得整个舌体的超光谱数据。上述高光谱在航天、农业、医学中的应用均是采用了面阵推扫式扫描获得被测表面反射超光谱图数据。
虽然面阵推扫式方法在各个领域都得到了很好的结果，但是推扫式系统存在整体机械结构较大、成本高、扫描视场范围小以及容易受到环境光干扰的缺点。
发明内容
为了降低机械系统结构的复杂度、扩大扫描视场范围、降低成本以及避免环境光干扰，本发明提供了一种X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法，所述方法包括以下步骤：
(1)探头与被测物体分别在场镜的两侧物象共轭位置，在所述探头与所述场镜之间安装X振镜和Y振镜；
(2)光源发出的光束经过斩波器，按照第一预设频率对光进行调制，获取调制后的光；
(3)所述调制后的光通过Y型光纤的A端，经过所述探头、所述X振镜、所述Y振镜和所述场镜照射到所述被测物体表面的目标位置，在所述目标位置处发生反射，获取反射光；
(4)所述反射光经所述场镜、所述X振镜和所述Y振镜后进入所述探头，进入所述探头的光经由Y型光纤的B端导入到光谱仪；
(5)所述光谱仪以第二预设频率对所述反射光进行连续采样，得到多幅反射光谱序列Si；
(6)按照时间顺序将所述多幅反射光谱序列Si中同一波长对应的数据进行排序，获取各个波长的光强序列，其中，i的取值为正整数；
(7)对所述各个波长的光强序列进行傅立叶变换，获取最大谐波分量
Figure BDA0000044474130000022
其中，j的取值为正整数；
(8)按照各个波长顺序将所述最大谐波分量进行排序，获取反射光谱；
(9)控制所述X振镜和所述Y振镜扫描，获取所述被测物体表面预设区域内所有位置的反射光谱，从而获取到所述被测物体表面反射超光谱图。
所述第二预设频率具体为：
高于所述第一预设频率n倍，其中，n的取值为大于2的正整数。
所述最大谐波分量
Figure BDA0000044474130000024
具体为：多数波长幅值最大的相同谐波分量。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明提供了一种X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法，该方法通过X振镜和Y振镜的扫描可以将被测物体表面预设区域内各点的反射光通过探头导入到光谱仪中，获得被测物体表面的反射光谱，最终得到被测物体表面预设区域内的反射超光谱图。通过该方法使得机械系统结构简单、稳定、扫描视场范围大、光谱分辨力高、实用性强、成本低以及抑制环境光的干扰。
附图说明
图1为本发明提供的结构示意图；
图2为本发明提供的X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法的流程图。
附图中各标号所代表的部件列表如下：
1：光源      2：光谱仪
3：Y型光纤   4：探头
5：X振镜     6：Y振镜
7：场镜      8：被测物体
9：斩波器
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了降低机械系统结构的复杂度、扩大扫描视场范围、降低成本以及避免环境光干扰，本发明实施例提供了一种X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法，参见图1和图2，详见下文描述：
101：探头4与被测物体8分别在场镜7的两侧物象共轭位置，在探头4与场镜7之间安装X振镜5和Y振镜6；
102：光源1发出的光束经过斩波器2，按照第一预设频率对光进行调制，获取调制后的光；
其中，第一预设频率的取值根据实际应用中的需要进行设定，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
103：调制后的光通过Y型光纤3的A端，经过探头4、X振镜5、Y振镜6和场镜7照射到被测物体8表面的目标位置，在目标位置处发生反射，获取反射光；
104：反射光经场镜7、X振镜6和Y振镜5后进入探头4，进入探头4的光经由Y型光纤3的B端导入到光谱仪2；
105：光谱仪2以第二预设频率对反射光进行连续采样，得到多幅反射光谱序列Si；
其中，第二预设频率具体为：高于第一预设频率n倍，n的取值为大于2的正整数，n的取值可以根据实际应用中的需要进行设定，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。其中i的取值为正整数。
106：按照时间顺序将多幅反射光谱序列Si中同一波长对应的数据
Figure BDA0000044474130000041
进行排序，获取各个波长的光强序列；
107：对各个波长的光强序列进行傅立叶变换，获取最大谐波分量
Figure BDA0000044474130000042
其中，最大谐波分量
Figure BDA0000044474130000043
具体为：多数波长幅值最大的相同谐波分量，j的取值为正整数。
108：按照各个波长顺序将最大谐波分量
Figure BDA0000044474130000044
进行排序，获取反射光谱；
109：控制X振镜5和Y振镜6扫描，获取被测物体8表面预设区域内所有位置的反射光谱，从而获取到被测物体8表面反射超光谱图。
其中，预设区域根据实际应用需要进行划定，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。通过控制X振镜5和Y振镜6，来获取被测物体8表面预设区域内所有位置的反射光谱。
即通过上述步骤101-步骤109获取到了排除环境光干扰的被测物体表面反射超光谱图。
下面以一个具体的实施例来说明本发明提供的X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法的可行性，详见下文描述：
实施例1：如图1所示，探头4与被测物体8分别在场镜7的两侧物象共轭位置，在探头4与场镜7之间安装X振镜5和Y振镜6，通过X振镜5和Y振镜6可以改变与探头4成为物象共轭关系的被测物体8表面位置；光源1发出的光束经过斩波器9，所输出的光按照第一预设频率进行调制，调制后的光通过Y型光纤3的A端，经过探头4、X振镜5、Y振镜6和场镜7照射到被测物体8表面的目标位置，在目标位置处发生反射，获取反射光；反射光经场镜7、X振镜6和Y振镜5后进入探头4，进入探头4的光经由Y型光纤3的B端导入到光谱仪2；光谱仪2以第二预设频率对反射光进行连续采样，得到多幅反射光谱序列Si；按照时间顺序将多幅反射光谱序列Si中同一波长对应的数据
Figure BDA0000044474130000045
进行排序，获取各个波长的光强序列；对各个波长的光强序列进行傅立叶变换，获取最大谐波分量按照各个波长顺序将最大谐波分量
Figure BDA0000044474130000052
进行排序，获取反射光谱；通过控制X振镜5和Y振镜6，获取被测物体8表面预设区域内所有位置的反射光谱，从而获取到被测物体8表面反射超光谱图。
综上所述，本发明实施例提供了一种X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法，该方法通过X振镜和Y振镜的扫描可以将被测物体表面预设区域内各点的反射光通过探头导入到光谱仪中，获得被测物体表面的反射光谱，最终得到被测物体表面预设区域内的反射超光谱图。通过该方法使得机械系统结构简单、稳定、扫描视场范围大、光谱分辨力高、实用性强、成本低以及抑制环境光的干扰。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)探头与被测物体分别在场镜的两侧物象共轭位置，在所述探头与所述场镜之间安装X振镜和Y振镜；
(2)光源发出的光束经过斩波器，按照第一预设频率对光进行调制，获取调制后的光；
(3)所述调制后的光通过Y型光纤的(A)端，经过所述探头、所述X振镜、所述Y振镜和所述场镜照射到所述被测物体表面的目标位置，在所述目标位置处发生反射，获取反射光；
(4)所述反射光经所述场镜、所述X振镜和所述Y振镜后进入所述探头，进入所述探头的光经由Y型光纤的(B)端导入到光谱仪；
(5)所述光谱仪以第二预设频率对所述反射光进行连续采样，得到多幅反射光谱序列Si；
(6)按照时间顺序将所述多幅反射光谱序列Si中同一波长对应的数据
Figure FDA0000044474120000011
进行排序，获取各个波长的光强序列，其中，i的取值为正整数；
(7)对所述各个波长的光强序列进行傅立叶变换，获取最大谐波分量
Figure FDA0000044474120000012
其中，j的取值为正整数；
(8)按照各个波长顺序将所述最大谐波分量
Figure FDA0000044474120000013
进行排序，获取反射光谱；
(9)控制所述X振镜和所述Y振镜扫描，获取所述被测物体表面预设区域内所有位置的反射光谱，从而获取到所述被测物体表面反射超光谱图。
2.根据权利要求1所述的X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法，其特征在于，所述第二预设频率具体为：
高于所述第一预设频率n倍，其中，n的取值为大于2的正整数。
3.根据权利要求1所述的X-Y振镜扫描式超光谱图数据采集方法，其特征在于，所述最大谐波分量具体为：多数波长幅值最大的相同谐波分量。
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