CN105823556A - 具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，包括镜头、光谱分光器、扫描板和图像探测器，还包括支架，所述支架的上部设置有固定转动轴，所述固定转动轴的轴心与所述镜头的光学中心对应；安装有所述光谱分光器的托架，所述托架上设置导向块，所述导向块的中心线与所述光谱分光器的中心轴线平行；约束杆，所述约束杆一端的转动孔套接于所述支架的固定转动轴处，所述约束杆的另一端设置滑动槽，所述滑动槽套接于所述托架的导向块处。本发明克服了扫描镜头最大亮度余弦衰减的缺陷，使采集到的光线亮度均匀，并且，偏角修正的过程与扫描的过程同时进行，保证扫描的图像的清晰度和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种内置扫描高光谱成像装置，更具体的涉及一种具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，属于光谱图像探测技术领域。
背景技术
光谱图像探测技术，由图像和光谱两种光学探测技术延伸融合发展而来，采集目标（样品）区域的多维高光谱图像信息，可以理解为细分到纳米波长单位量级的连续多层（几十甚至上千）分色图像，它的一次采集，相当于普通相机拍了一千多张单色照片；也可以理解为精确到像素尺度的有序密排光谱采集群，相当于普通光谱仪采集了数百万点光谱数据。而对于所有的有形物质而言，它们都是由分子或原子组成，每种分子或原子都有代表自己属性且有别于其它种类的光谱特征（分子指纹），高光谱成像仪正是通过探测目标区域分布的这些光谱信息，进行分析处理，给出关于探测区光谱数据的分析结果（成分、分布、比率、趋势、函数等），检测功能十分强大，工作效率非常高。所以，高光谱成像仪成为现代光学探测应用的热门工具，在许多探测作业的应用领域，例如遥感、环境监测、考古、公安、国防、农林、医药、工矿、生命科学研究、材料科学研究等，越来越被重视和得到创新运用。
高光谱成像仪的工作形式分成两类，既框幅式和扫描式，推扫式又分为镜头外部推扫和镜头内置推扫式两种，内置推扫式类型的工作原理是：摄影镜头将探测到的目标光谱图像信息，成像到镜头后像面上，而成像光谱分光器的信号采集狭缝，也正好被安置在镜头像平面上。采集信号时，扫描板驱动光谱分光器与图像探测器连成的整体，在像平面上沿垂直于光谱仪狭缝的方向，匀速等距移动（扫描），成像光谱仪的狭缝每移动（扫描）一行，光谱分光器就把狭缝导入的对应行位置像面信号按波长分解成多行信息，传到图像探测器进行分类采集，并转成数字电信号，传给控制器（电脑系统）记录和处理。内置推扫方式的优点在于工作时，运动部件藏于系统内部，从外部看上去，整个系统相对于目标是静止的，既凝视状态，这对于近距离、小空间和复杂环境条件下的探测比较有利。置推扫方式的缺点在于其镜头像平面上的亮度不均匀性，这主要是由所用摄影镜头的最大亮度余弦衰减导致，当狭缝扫描偏离镜头轴线位置后，有效通光口径随偏离夹角余弦4次方变窄，导致信号强度衰减，这种图像信号不均匀的缺陷，在近距离大视角（>15o）扫描的图像采集中，表现尤为突出。在普通摄影测量中，校正这类亮度不均匀缺陷的常用方案有：（1）选用像方远心镜头，消除像面各点的光线夹角；（2）在贴近像平面处放置中心高密度向边缘渐退的衰减补偿滤光片；（3）提升目标方周边的照明亮度，改善照明；（4）数字图像数据背景校正。但是，在高光谱图像探测中，由于涉及光谱校正和远距离探测不可接近目标等的诸多困难，上述的校正方案均不能完全凑效。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种克服亮度余弦衰减、保证像平面亮度均匀的具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置。
技术方案：本发明提供的第一个技术方案为：具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，包括镜头、光谱分光器、扫描板和图像探测器，还包括
支架，所述支架的上部设置有固定转动轴，所述固定转动轴的轴心与所述镜头的光学中心对应；
安装有所述光谱分光器的托架，所述托架上设置导向块，所述导向块的中心线与所述光谱分光器的中心轴线平行；
约束杆，所述约束杆一端的转动孔套接于所述支架的固定转动轴处，所述约束杆的另一端设置滑动槽，所述滑动槽套接于所述托架的导向块处。
本技术方案的进一步限定为：所述支架还包括滑动导轨，所述滑动导轨垂直于所述镜头的轴线。
进一步地，所述扫描板设置于所述支架的滑动导轨上，并与所述托架连接。
进一步地，还包括同步轴，所述同步轴设置于所述扫描板上方的支撑孔上，且所述同步轴与所述光谱分光器的中心轴线垂直相交，其交点为所述同步轴的轴心。
进一步地，还包括电机，所述电机与所述扫描板连接。
有益效果：本发明提供的具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，克服了扫描镜头最大亮度余弦衰减的缺陷，使采集到的光线亮度均匀，并且，偏角修正的过程与扫描的过程同时进行，保证扫描的图像的清晰度和准确性；本发明基于现有的内置扫描高光谱成像装置进行改进，便于传统设备的升级，方便市场发展。
附图说明
图1为本发明提供的具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置的结构示意图；
图2为本发明提供的具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置的细节图；
图3为本发明提供的高光谱成像装置进行扫描时的光线示意图；
图4为本发明提供的高光谱成像装置进行扫描时的光线细节图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：本实施例提供一种具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，其结构示意图如图1所示，其结构细节图如图2所示，包括镜头5、光谱分光器8、扫描板2、电机7和图像探测器9，镜头5设置于最前端，光谱分光器8设置于镜头5的后方，光谱风光器8的前端中心处设置狭缝a，狭缝a与镜头5的轴线对应。而扫描板2与光谱分光镜8连接，图像探测器9设置于光谱分光器8的后面，电机7与所述扫描板2连接。工作时，镜头5将探测到的目标光谱图像信息，成像到镜头后像面上，而光谱分光器8的信号采集狭缝a也正好被安置在镜头像平面上。采集信号时，电机7带动扫描板2，扫描板2驱动光谱分光器8与图像探测器9连成的整体，在像平面上沿垂直于光谱分光器8的狭缝a的方向，匀速等距移动（扫描），光谱分光器8的狭缝a每移动（扫描）一行，光谱分光器8就把狭缝a导入的对应行位置像面信号按波长分解成多行信息，传到图像探测器9进行分类采集，并转成数字电信号，传给控制器（电脑系统）记录和处理。
而在背景技术中也已经讲述，这样的高光谱成像装置镜头像平面上的亮度不均匀，基于此，本实施例对高光谱成像设备做了如下改进：设置了支架6、托架4、约束杆1和同步轴3，下面针对改进点做详细的说明。
支架6的上部设置有固定转动轴11，固定转动轴11的轴心与镜头5的光学中心对应，支架6还包括滑动导轨10，滑动导轨10垂直于镜头5的轴线，而扫描板2设置于所述支架6的滑动导轨10上，并与托架4连接，用于加载扫描板2，推动安装有光谱分光器8的托架4在镜头5像平面上平移扫描。
托架4上安装有光谱分光器8，用于承载光谱分光器8，同时，托架4上设置导向块12，导向块12的中心线与光谱分光器8的中心轴线平行。
约束杆1一端的转动孔套接于支架6的固定转动轴11处，约束杆1的另一端设置滑动槽，滑动槽套接于托架4的导向块12处，约束同步轴3和托架4上的导向块12滑动，使约束杆1形成等效绕垂直于镜头5中心轴转动的效果。
同步轴3设置于扫描板2上方的支撑孔上，且同步轴3与光谱分光器8的中心轴线垂直相交，其交点为所述同步轴3的轴心。
本实施例提供的具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，在扫描过程中，电机7驱动扫描板3，带动托架4移动，使安装在托架上光谱分光器8的狭缝a沿镜头5像面作垂直于狭缝a方向平移，同时连接在托架4上的约束杆1控制着托架4，使光谱分光器8的轴线始终指向摄影镜头的光学中心，实现对偏角光强衰减的校正目的，具体的矫正原理如图3和图4所示，如下：
光谱分光器8的狭缝a在镜头成像面上扫描，当狭缝a扫描到镜头5中心光轴o处时，来自镜头的成像主光线e与中心光轴o重合，而狭缝a的端面c垂直于来自镜头的成像主光线e，获得全效率的能量接收；当狭缝a扫描离开中心光轴o，至h点，此时成像主光线e2与中心光轴o成夹角θ，此时端面c的法线也与成像主光线e2形成夹角θ，造成正对面积缩减至cosθ，通过本实施例的同步约束机构，确保光谱分光器8在扫描时，始终保持狭缝a的端面c垂直于成像主光线e2，这样狭缝a相对于成像主光线e2的夹角θ始终为0，不论是否扫描在镜头中心位置，都能保持相同的高能量采集效率。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (5)
1.具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，包括镜头（5）、光谱分光器（8）、扫描板（2）和图像探测器（9），其特征在于，还包括
支架（6），所述支架（6）的上部设置有固定转动轴（11），所述固定转动轴（11）的轴心与所述镜头（5）的光学中心对应；
安装有所述光谱分光器（8）的托架（4），所述托架（4）上设置导向块（12），所述导向块（12）的中心线与所述光谱分光器（8）的中心轴线平行；
约束杆（1），所述约束杆（1）一端的转动孔套接于所述支架（6）的固定转动轴（11）处，所述约束杆（1）的另一端设置滑动槽，所述滑动槽套接于所述托架（4）的导向块（12）处。
2.根据权利要求1所述的具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，其特征在于，所述支架（6）还包括滑动导轨（10），所述滑动导轨（10）垂直于所述镜头（5）的轴线。
3.根据权利要求2所述的具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，其特征在于，所述扫描板（2）设置于所述支架（6）的滑动导轨（10）上，并与所述托架（4）连接。
4.根据权利要求3所述的具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，其特征在于，还包括同步轴（3），所述同步轴（3）设置于所述扫描板（2）上方的支撑孔上，且所述同步轴（3）与所述光谱分光器（8）的中心轴线垂直相交，其交点为所述同步轴（3）的轴心。
5.根据权利要求1所述的具有偏角修正的内置扫描高光谱成像装置，其特征在于，还包括电机（7），所述电机（7）与所述扫描板（2）连接。
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