CN105021282A - 快照式偏振高光谱相机及成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快照式偏振高光谱相机及成像方法，该相机包括偏振片、图像传感器和光谱滤波器，所述光谱滤波器位于所述图像传感器上，所述偏振片位于所述图像传感器一侧；该方法包括：通过偏振片对入射光进行遮蔽和透过，得到不同偏振角度的光信号；通过图像传感器接收所述偏振片得到的不同偏振角度的光信号，并将所述不同偏振角度的光信号转换为电信号；通过光谱滤波器接收所述图像传感器转换得到的所述电信号，并对所述电信号进行滤波处理，得到预设波长的高频电信号。通过在传感器平铺式像素阵列上集成光谱滤波器实现对快速变化场景进行成像；同时，通过在特定波长的每个通道内粘贴多个偏振片来实现更精细的成像。

Description

快照式偏振高光谱相机及成像方法
技术领域
本发明涉及高光谱相机领域，具体涉及一种快照式偏振高光谱相机及成像方法。
背景技术
高光谱成像技术是近二十年发展起来的基于窄波段的影像数据技术，它结合了光学、光电子学、信息处理及计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机结合在一起的一门新兴技术。高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外的光谱范围内，基于成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征的同时，也获得了被测物体的光谱信息。
高光谱成像技术具有超多波段、高光谱分辨率、窄波段、光谱范围广和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。
但是目前普通的成像光谱仪很难达到对快速变化场景进行成像，也无法从成像对象中捕捉非常详细的光谱信息。
发明内容
针对现有技术中很难达到对快速变化场景进行成像、且无法从成像对象中捕捉非常详细的光谱信息的缺陷，本发明提供了一种快照式偏振高光谱相机及成像方法。
第一方面，本发明提出一种快照式偏振高光谱相机，包括偏振片、图像传感器和光谱滤波器，所述光谱滤波器位于所述图像传感器上，所述偏振片位于所述图像传感器一侧；
3个所述偏振片以第一预设角度、第二预设角度和第三预设角度分别粘贴于预设波长的通道的第一区域、第二区域和第三区域内，所述通道分为4个区域，所述偏振片用于对入射光进行遮蔽和透过，得到不同偏振角度的光信号；
所述图像传感器用于接收所述3个偏振片得到的不同偏振角度的光信号，并将所述不同偏振角度的光信号转换为电信号；
所述光谱滤波器用于接收所述图像传感器转换得到的所述电信号，并对所述电信号进行滤波处理，得到预设波长的高频电信号。
可选的，所述第一预设角度为0°，所述第二预设角度为60°，所述第三预设角度为120°。
可选的，所述偏振片是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。
可选的，所述图像传感器包含106数量级个光电二极管，每个所述光电二极管视为一个像素，所述图像传感器为所述像素构成的像素阵列。
可选的，所述光谱滤波器集成于平铺式的所述像素阵列上。
可选的，还包括模数转换器、成像镜头和机身；
所述模数转换器位于所述机身内，用于接收所述光谱滤波器得到的高频电信号，并将所述高频电信号的模拟信号转换为数字信号；
所述成像镜头位于所述机身内，用于接收所述模数转换器得到的数字信号，并将所述数字信号成像。
可选的，所述图像传感器为面阵CCD传感器。
第二方面，本发明提出一种基于快照式偏振高光谱相机的成像方法，包括：
通过偏振片对入射光进行遮蔽和透过，得到不同偏振角度的光信号；
通过图像传感器接收所述偏振片得到的不同偏振角度的光信号，并将所述不同偏振角度的光信号转换为电信号；
通过光谱滤波器接收所述图像传感器转换得到的所述电信号，并对所述电信号进行滤波处理，得到预设波长的高频电信号。
可选的，3个所述偏振片以第一预设角度、第二预设角度和第三预设角度分别粘贴于预设波长的通道的第一区域、第二区域和第三区域内，所述通道分为4个区域，所述第一预设角度为0°，所述第二预设角度为60°，所述第三预设角度为120°。
可选的，还包括：
通过模数转换器接收所述光谱滤波器得到的高频电信号，并将所述高频电信号的模拟信号转换为数字信号；
通过成像镜头接收所述模数转换器得到的数字信号，并将所述数字信号成像。
由上述技术方案可知，本发明通过在传感器平铺式像素阵列上集成光谱滤波器实现对快速变化场景进行成像；同时，通过在特定波长的每个通道内粘贴多个偏振片来实现更精细的成像。可以从一个成像对象中捕捉光谱指纹的光谱特征，这些光谱特征提供成像对象非常详细的光谱信息，大大提高了识别和分类的对象，并且对于新一代工业的关键技能检验、医学诊断和安全应用程序都具有非常重要意义。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种快照式偏振高光谱相机的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种快照式偏振高光谱相机的图像传感器的示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种快照式偏振高光谱相机成像方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1示出了本发明一实施例提供的快照式偏振高光谱相机的结构示意图，包括偏振片11、图像传感器12和光谱滤波器13，所述光谱滤波器13位于所述图像传感器12上，所述偏振片11位于所述图像传感器12一侧。
所述图像传感器12用于接收所述偏振片得到的不同偏振角度的光信号，并将所述不同偏振角度的光信号转换为电信号。图像传感器12是本发明相机的核心部件，它将收集的物样品的漫反射光信号转变为电信号，其质量决定了高光谱相机的成像质量，它体积虽然很小，但却包含了几十万乃至上千万个具有感光特性的二极管——光电二极管。每个光电二极管即为一个像素，所述图像传感器为所述像素构成的像素阵列，当有光线照射时，光电二极管就会产生电荷积累，积累的电荷最终会转换成相应的像素数据。如图2所示为图像传感器12的示意图，每个所述像素对应一个通道121，通道用来储存一个图像文件中的选择内容及其它信息，通常表示图像中颜色色阶的变化，如灰度图像中的通道表现的是从黑色到白色的256个色阶的变化。本实施例中每个通道121分为四部分区域，分别为第一区域1211，第二区域1212，第三区域1213和第四区域1214。
所述光谱滤波器13集成于平铺式的所述像素阵列上，用于接收所述图像传感器12转换得到的所述电信号，并对所述电信号进行滤波处理，得到预设波长的高频电信号。光谱滤波器13是集成在所述图像传感器12的平铺式像素阵列上，可以从一个成像对象中捕捉光谱特征。这些光谱特征提供成像对象非常详细的光谱信息，本实施例中主要捕捉光谱的高频信息，以实现快照的目的。快照式成像技术大大提高了识别和分类的对象，并且对于新一代工业的关键使能技术检验、医学诊断和安全应用程序都具有重要意义。
所述偏振片11集成于预设波长的每个通道121上，在本实施例中，每个所述通道121上集成3个所述偏振片，所述3个偏振片分别以第一预设角度0°、第二预设角度60°和第三预设角度120°粘贴于预设波长的通道的第一区域1211、第二区域1212和第三区域1213内，对成像对象实现不同角度的快照式成像，第四区域1214内不粘贴所述偏振片。所述偏振片用于对入射光进行遮蔽和透过，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽，得到不同偏振角度的光信号。偏振片11是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。通过在每个通道上设置多个偏振片11，能够获取成像对象更加丰富的光谱信息，从而实现更精细的成像。
本实施例提供的快照式偏振高光谱相机，通过在传感器平铺式像素阵列上集成光谱滤波器实现对快速变化场景进行成像；同时，通过在特定波长的每个通道内粘贴多个偏振片来实现更精细的成像；并且快照式高光谱成像相机每次成像针对二维场景进行高光谱成像，有效地减轻了平台的抖动和震动带来的影响；另外，该相机是在探测器阵列的一个积分时间内捕捉光谱信息的一种方法，可以避免成像伪影，简化了数据处理过程，提高了处理时间。
上述实施例中所述的快照式偏振高光谱相机，还包括模数转换器(A/D转换器)、成像镜头和机身；所述模数转换器位于所述机身内，用于接收所述光谱滤波器得到的高频电信号，并将所述高频电信号的模拟信号转换为数字信号；所述成像镜头位于所述机身内，用于接收所述模数转换器得到的数字信号，并将所述数字信号成像。本实施例中所述的模数转换器、成像镜头和机身与普通相机类似，但与偏振片、图像传感器及光谱滤波器配合使用，结合了成像、光谱、偏振三种光学探测技术于一体，能够获取成像对象更丰富的光谱信息。
在上述实施例中，所述图像传感器可采用106数量级个光电二极管；所述图像传感器可使用面阵CCD传感器。
图3为本发明另一实施例提供的快照式偏振高光谱相机成像方法的流程示意图，包括：
101、通过偏振片11对入射光进行遮蔽和透过，得到不同偏振角度的光信号；
102、通过图像传感器12接收所述偏振片得到的不同偏振角度的光信号，并将所述不同偏振角度的光信号转换为电信号；
103、通过光谱滤波器13接收所述图像传感器12转换得到的所述电信号，并对所述电信号进行滤波处理，得到预设波长的高频电信号。
其中，3个所述偏振片以第一预设角度、第二预设角度和第三预设角度分别粘贴于预设波长的通道的第一区域、第二区域和第三区域内，所述通道分为4个区域，所述第一预设角度为0°，所述第二预设角度为60°，所述第三预设角度为120°。
本发明的快照式偏振高光谱相机的成像方法通过在传感器平铺式像素阵列上集成光谱滤波器实现对快速变化场景进行成像；同时，通过在特定波长的每个通道内粘贴多个偏振片来实现更精细的成像。
在上述实施例中，还包括：
通过模数转换器接收所述光谱滤波器得到的高频电信号，并将所述高频电信号的模拟信号转换为数字信号；
通过成像镜头接收所述模数转换器得到的数字信号，并将所述数字信号成像。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (10)

1.一种快照式偏振高光谱相机，其特征在于，包括偏振片、图像传感器和光谱滤波器，所述光谱滤波器位于所述图像传感器上，所述偏振片位于所述图像传感器一侧；
3个所述偏振片以第一预设角度、第二预设角度和第三预设角度分别粘贴于预设波长的通道的第一区域、第二区域和第三区域内，所述通道分为4个区域，所述偏振片用于对入射光进行遮蔽和透过，得到不同偏振角度的光信号；
所述图像传感器用于接收所述3个偏振片得到的不同偏振角度的光信号，并将所述不同偏振角度的光信号转换为电信号；
所述光谱滤波器用于接收所述图像传感器转换得到的所述电信号，并对所述电信号进行滤波处理，得到预设波长的高频电信号。
2.根据权利要求1所述的一种快照式偏振高光谱相机，其特征在于，所述第一预设角度为0°，所述第二预设角度为60°，所述第三预设角度为120°。
3.根据权利要求1所述的一种快照式偏振高光谱相机，其特征在于，所述偏振片是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。
4.根据权利要求1所述的一种快照式偏振高光谱相机，其特征在于，所述图像传感器包含106数量级个光电二极管，每个所述光电二极管视为一个像素，所述图像传感器为所述像素构成的像素阵列。
5.根据权利要求4所述的一种快照式偏振高光谱相机，其特征在于，所述光谱滤波器集成于平铺式的所述像素阵列上。
6.根据权利要求1所述的一种快照式偏振高光谱相机，其特征在于，还包括模数转换器、成像镜头和机身；
所述模数转换器位于所述机身内，用于接收所述光谱滤波器得到的高频电信号，并将所述高频电信号的模拟信号转换为数字信号；
所述成像镜头位于所述机身内，用于接收所述模数转换器得到的数字信号，并将所述数字信号成像。
7.根据权利要求1所述的一种快照式偏振高光谱相机，其特征在于，所述图像传感器为面阵CCD传感器。
8.一种基于快照式偏振高光谱相机的成像方法，其特征在于，包括：
通过偏振片对入射光进行遮蔽和透过，得到不同偏振角度的光信号；
通过图像传感器接收所述偏振片得到的不同偏振角度的光信号，并将所述不同偏振角度的光信号转换为电信号；
通过光谱滤波器接收所述图像传感器转换得到的所述电信号，并对所述电信号进行滤波处理，得到预设波长的高频电信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，3个所述偏振片以第一预设角度、第二预设角度和第三预设角度分别粘贴于预设波长的通道的第一区域、第二区域和第三区域内，所述通道分为4个区域，所述第一预设角度为0°，所述第二预设角度为60°，所述第三预设角度为120°。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
通过模数转换器接收所述光谱滤波器得到的高频电信号，并将所述高频电信号的模拟信号转换为数字信号；
通过成像镜头接收所述模数转换器得到的数字信号，并将所述数字信号成像。
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