CN105092030A - 一种简便图像光谱探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种简便图像光谱探测装置，包括光学镜头、分束立方体、面阵CCD相机、透镜组、光纤和光纤光谱仪；光纤的裸光纤端固定设置在光信号通过光学镜头、分束立方体后经透镜组聚焦的焦平面中心处，光纤的另一端接光纤光谱仪；探测装置在运行的时候，入射图像信号通过光学镜头形成入射光信号，入射光信号通过分束立方体后在空间中以大角度分成两路，其中一路入射光信号聚焦至面阵CCD相机，另一路入射光信号通过透镜组后聚焦至光纤的裸光纤端。本发明提供的图像光谱探测装置在使用时无需进行光谱维的扫描，因此与现有技术相比，图像光谱探测装置具有运行速度快、数据量小、光谱分辨率高的优点。

Description

一种简便图像光谱探测装置

技术领域

本发明涉及光谱应用、光谱成像技术、显微光谱及图像探测领域，更具体地，涉及一种简便图像光谱探测装置。

背景技术

光谱信息是由目标本身内在性质决定的，通过对目标进行光谱探测和分析可获得目标本身的内在属性，而这种属性是其他方法无法获得的，光谱探测与分析技术具有无接触、无损伤的优点，能够检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标，是自然科学中一种日趋重要的研究手段。

光谱探测是基于点测量，而图像测量是基于空间特性变化，这两种技术各有优缺点。因此将两者结合，产生了光谱成像学科。图像光谱数据同时包含了图像信息和光谱信息，不仅具有光谱分辨能力，还具有图像分辨能力，是图谱合一的海量数据源，因此能够给出各个波段上每个像素的光谱强度数据，且给出的光谱强度数据的光谱分辨率较高，利用光谱成像技术可实现对待检测物体进行定性和定量分析，还能对待检测物体进行定位分析，因此光谱成像技术主要应用于遥感观测领域，如进行地质矿物识别填图研究、植被生态及军事目标识别等。

现阶段光谱成像技术可分为三类：多光谱成像技术、高光谱成像技术和超光谱成像技术，这三种技术的光谱分辨率依次提高，且由于上述技术在使用时是需要对全部像素区域的像素点进行测量的，所以需要保存、处理的数据量非常庞大，这导致在进行光谱成像时数据处理效率较为低下，因此上述技术还不能满足人们的要求。

发明内容

本发明为解决以上现有装置及技术的不足，提供了一种简便图像光谱探测装置，应用该装置可以灵活选择图像中感兴趣的任意一个或几个像素区域进行光谱测量，弥补传统光谱成像技术需要对全部像素进行光谱测量导致的占用存储空间大及数据处理复杂等不足。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种简便图像光谱探测装置，包括光学镜头、分束立方体、面阵CCD相机、透镜组、光纤和光纤光谱仪；光纤的裸光纤端固定设置在光信号通过光学镜头、分束立方体后经透镜组聚焦的焦平面中心处，光纤的另一端接光纤光谱仪；

探测装置在运行的时候，入射图像信号通过光学镜头形成入射光信号，入射光信号通过分束立方体后在空间中以大角度分成两路，其中一路入射光信号聚焦至面阵CCD相机，另一路入射光信号通过透镜组后聚焦至光纤的裸光纤端。

上述方案中，面阵CCD相机对入射光信号进行采集获得图像信息，光纤光谱仪对入射至裸光纤端的入射光信号进行光谱分析获得光谱信息，因此应用本发明提供的装置可以实现图像信息、光谱信息的探测。而在应用探测装置时，可以通过移动光纤的裸光纤端和分束立方体使感兴趣像素区域对应的入射光信号分别聚焦至面阵CCD相机和光纤的裸光纤端，实现对感兴趣像素区域的图像光谱测量，由于用户在应用探测装置时可以灵活选择图像中感兴趣的任意一个或几个像素区域进行光谱测量，所以本发明提供的装置在进行图像光谱测量时需要保存、处理的数据量较少，因此本发明提供的装置能够弥补传统光谱成像技术需要对全部像素进行光谱测量导致的占用存储空间大及数据处理复杂等不足。同时，由于探测装置内设置有透镜组，这使得入射至光纤裸光纤端的入射光信号能够最大程度的集中并聚焦至光纤的裸光纤端，所以本发明提供的装置能够实现对图像光谱信息的准确探测。

优选地，所述分束立方体为宽带分束立方体。选择宽带分束立方体，能够保证分束膜的反射光谱带宽足够大，这使得本发明提供的装置能够实现宽光谱测量。

优选地，所述光学镜头、分束立方体、面阵CCD相机沿垂直方向从上至下依次设置，透镜组、光纤的裸光纤端沿水平方向从左到右依次设置于分束立方体的右侧。

优选地，为了防止固定设置的裸光纤端松动造成光纤断裂或平移，所述探测装置还包括有裸光纤适配器，光纤的裸光纤端通过裸光纤适配器固定设置在光信号通过光学镜头、分束立方体后经透镜组聚焦的焦平面中心处。

优选地，所述光谱探测装置还包括有光纤调整架，裸光纤适配器安装在光纤调整架上。

优选地，所述光纤为多模光纤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本发明提供的图像光谱探测装置在使用时无需进行光谱维的扫描，可以灵活选择图像中感兴趣的任意一个或几个像素区域进行光谱测量，弥补传统光谱成像技术需要对全部像素进行光谱测量导致的占用存储空间大及数据处理复杂等不足，具有运行速度快、数据量小、光谱分辨率高的优点；

2）通过在光路中引入分束立方体实现入射光在空间中的分束，可将光纤的裸光纤端固定在焦平面中心处，通过光纤调整架微调光纤位置即可进行光谱探测，可支持不同孔径光纤的更换，满足不同环境的需求；

3）搭配高分辨率的光谱仪，其光谱分辨率可达到Δλ/λ=0.0001数量级，通过与模式识别、图像处理等技术手段相结合，可以自动识别需要测量光谱的位置，实现自动化的测量，为在线监测提供有力的技术支持；

4）增设有透镜组，这使得入射至光纤裸光纤端的入射光信号能够最大程度的集中并聚焦至光纤的裸光纤端，因此本发明提供的装置能够实现对图像信息、光谱信息的准确探测。

附图说明

图1为图像光谱探测装置的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，附图标号与部件间的对应关系如下：

1-光学镜头；2-分束立方体；3-面阵CCD相机；4-透镜组；5-裸光纤适配器；6-光纤；7-光纤调整架；8-光纤光谱仪。

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1所示，图像光谱探测装置包括光学镜头1、分束立方体2、面阵CCD相机3、透镜组4、裸光纤适配器5、光纤6、光纤调整架7和光纤光谱仪8；光学镜头1、分束立方体2、面阵CCD相机3沿垂直方向从上至下依次设置，透镜组4、光纤6的裸光纤端沿水平方向从左到右依次设置于分束立方体2的右侧。

其中光纤6的裸光纤端通过裸光纤适配器5固定设置在光信号通过光学镜头1、分束立方体2后经透镜组4聚焦的焦平面中心处，光纤6的另一端接光纤光谱仪8，裸光纤适配器5安装在光纤调整架7上。

探测装置在运行的时候，入射图像信号通过光学镜头1形成入射光信号，入射光信号通过分束立方体2后在空间中以大角度分成两路，其中一路入射光信号聚焦至面阵CCD相机3，另一路入射光信号通过透镜组4后聚焦至光纤6的裸光纤端。

上述方案中，面阵CCD相机3对入射光信号进行采集获得图像信息，光纤光谱仪8对入射至裸光纤端的入射光信号进行光谱分析获得光谱信息，因此应用本发明提供的装置可以实现图像信息、光谱信息的探测。而在应用探测装置时，可以通过移动光纤6的裸光纤端和分束立方体2使感兴趣像素区域对应的入射光信号分别聚焦至面阵CCD相机3和光纤6的裸光纤端，实现对感兴趣像素区域的图像光谱测量，由于用户在应用探测装置时可以灵活选择图像中感兴趣的任意一个或几个像素区域进行光谱测量，所以本发明提供的装置在进行图像光谱测量时需要保存、处理的数据量较少，因此本发明提供的装置能够弥补传统光谱成像技术需要对全部像素进行光谱测量导致的占用存储空间大及数据处理复杂等不足。同时，由于探测装置内设置有透镜组4，这使得入射至光纤6裸光纤端的入射光信号能够最大程度的集中并聚焦至光纤6的裸光纤端，所以本发明提供的装置能够实现对图像光谱信息的准确探测。

本实施例中，分束立方体2采用波长范围为400-700nm，尺寸为15mm*15mm，反射率/透射率为1:1的非偏振宽带分束立方体。面阵CCD相机3采用分辨率为2048×1536，尺寸为1/2英寸的面阵CCD相机。光纤6采用多模光纤，纤芯直径为400um；裸光纤适配器5采用SMA905型裸光纤适配器。同时，光纤光谱仪8的光谱测量范围为200nm-1100nm，光学分辨率为0.3nm，积分时间1ms至大于60s。

本发明提供的图像光谱探测装置具有以下有益效果：

1）本发明提供的图像光谱探测装置在使用时无需进行光谱维的扫描，可以灵活选择图像中感兴趣的任意一个或几个像素区域进行光谱测量，弥补传统光谱成像技术需要对全部像素进行光谱测量导致的占用存储空间大及数据处理复杂等不足，具有运行速度快、数据量小、光谱分辨率高的优点；

2）通过在光路中引入分束立方体实现入射光在空间中的分束，可将光纤的裸光纤端固定在焦平面中心处，通过光纤调整架微调光纤位置即可进行光谱探测，可支持不同孔径光纤的更换，满足不同环境的需求；

3）搭配高分辨率的光谱仪，其光谱分辨率可达到Δλ/λ=0.0001数量级，通过与模式识别、图像处理等技术手段相结合，可以自动识别需要测量光谱的位置，实现自动化的测量，为在线监测提供有力的技术支持；

4）增设有透镜组，这使得入射至光纤裸光纤端的入射光信号能够最大程度的集中并聚焦至光纤的裸光纤端，因此本发明提供的装置能够实现对图像光谱信息的准确探测。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种简便图像光谱探测装置，其特征在于：包括光学镜头、分束立方体、面阵CCD相机、透镜组、光纤和光纤光谱仪；光纤的裸光纤端固定设置在光信号通过光学镜头、分束立方体后经透镜组聚焦的焦平面中心处，光纤的另一端接光纤光谱仪；

探测装置在运行的时候，入射图像信号通过光学镜头形成入射光信号，入射光信号通过分束立方体后在空间中以大角度分成两路，其中一路入射光信号聚焦至面阵CCD相机，另一路入射光信号通过透镜组后聚焦至光纤的裸光纤端。

2.根据权利要求1所述的简便图像光谱探测装置，其特征在于：所述分束立方体为宽带分束立方体。

3.根据权利要求1所述的简便图像光谱探测装置，其特征在于：所述光学镜头、分束立方体、面阵CCD相机沿垂直方向从上至下依次设置，透镜组、光纤的裸光纤端沿水平方向从左到右依次设置于分束立方体的右侧。

4.根据权利要求3所述的简便图像光谱探测装置，其特征在于：所述探测装置还包括有裸光纤适配器，光纤的裸光纤端通过裸光纤适配器固定设置在光信号通过光学镜头、分束立方体后经透镜组聚焦的焦平面中心处。

5.根据权利要求4所述的简便图像光谱探测装置，其特征在于：所述探测装置还包括有光纤调整架，裸光纤适配器安装在光纤调整架上。

6.根据权利要求1~5任一项所述的简便图像光谱探测装置，其特征在于：所述光纤为多模光纤。