CN106500842A - 多光谱相机及多光谱采集系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及相机技术领域，尤其涉及一种多光谱相机及多光谱采集系统，多光谱相机包括外壳、芯片、第一镜头和第二镜头，所述第一镜头和所述第二镜头并排设置于所述外壳上，所述芯片设置于所述外壳内，所述芯片包括红色通道芯片、绿色通道芯片、蓝色通道芯片和红外通道芯片，所述红色通道芯片、所述绿色通道芯片和所述蓝色通道芯片位于所述第一镜头的光路上，所述红外通道芯片位于所述第二镜头的光路上。该多光谱相机使得可见光的成像与红外光的成像彼此独立，因此可以区分设置第一镜头和第二镜头的光学参数，使得两者能够各自满足可见光和红外光的聚焦要求，以此提高多光谱相机成像时的清晰度。

Description

多光谱相机及多光谱采集系统

技术领域

本申请涉及相机技术领域，尤其涉及一种多光谱相机及多光谱采集系统。

背景技术

多光谱相机不仅可以得到可见光的图像，还可以在可见光的基础上，向紫外波段或红外波段进行扩展，从而在得到可见光图像的同时，得到紫外波段或红外波段的图像，解决物体表面特征在可见光下不能显示的限制。

传统技术比较常用的四线式多光谱相机，采用4个独立的成像芯片，这些芯片以一定的空间间隔进行排列。这四个芯片中的三个芯片分别为红色通道芯片、绿色通道芯片和蓝色通道芯片，此三者用于可见光的成像；另外一个芯片为红外通道芯片，用于红外成像。四个芯片可同时采集待测物体上有一定位置偏差的图像。

然而，上述四线式多光谱相机采用同一个镜头用于物体成像，由于透射材料折射率随波长变化，因此会造成物点发出的不同波长的光线通过光学系统后不会聚在一点。即，可见光图像和红外图像不能同时聚焦清晰，总有一幅图像会存在“失焦”的问题，导致该多光谱相机存在成像不清晰的缺陷。

另外，为了实现红色通道芯片、绿色通道芯片、蓝色通道芯片和红外通道芯片各自的光学特性，该系统会在各芯片上镀有相应波段的光学薄膜，滤色后的光谱往往不能得到锐利的光谱边界，存在不同光谱之间的重叠。由于使用同一个镜头，该系统不会对光源做相应波段的滤波处理，因此，残留的红外光会导致可见光图像偏色；残留的可见光波段，会影响红外图像的特征对比度，导致该多光谱相机可见光图像颜色准确度和红外图像对比度整体下降。

发明内容

本申请提供了一种多光谱相机及多光谱采集系统，以此提高多光谱相机成像时的清晰度。

本申请的第一方面提供了一种多光谱相机，其包括外壳、芯片、第一镜头和第二镜头，所述第一镜头和所述第二镜头并排设置于所述外壳上，所述芯片设置于所述外壳内，所述芯片包括红色通道芯片、绿色通道芯片、蓝色通道芯片和红外通道芯片，所述红色通道芯片、所述绿色通道芯片和所述蓝色通道芯片位于所述第一镜头的光路上，所述红外通道芯片位于所述第二镜头的光路上。

优选地，所述红色通道芯片、所述绿色通道芯片和所述蓝色通道芯片中的至少一者与所述红外通道芯片固定连接。

优选地，所述红外通道芯片为三个，三个所述红外通道芯片与所述红色通道芯片、所述绿色通道芯片和所述蓝色通道芯片一一固定连接。

优选地，所述红色通道芯片与一个所述红外通道芯片形成第一芯片，所述绿色通道芯片与一个所述红外通道芯片形成第二芯片，所述蓝色通道芯片与另一个所述红外通道芯片形成第三芯片，所述第一芯片、所述第二芯片和所述第三芯片等间隔排列。

优选地，所述第一镜头包括第一镜头体和固定于所述第一镜头体的光路上的可见光带通滤光片。

优选地，所述第二镜头包括第二镜头体和固定于所述第二镜头体的光路上的短波截止滤光片。

优选地，所述红色通道芯片、所述绿色通道芯片和所述蓝色通道芯片的滤光面积均与所述红外通道芯片的滤光面积相等。

一种多光谱采集系统，其包括光源和多光谱相机，所述多光谱相机为上述任一项所述的多光谱相机。

优选地，所述光源包括基板、多个白光光源颗粒和多个红外光源颗粒，各所述白光光源颗粒和各所述红外光源颗粒交替间隔分布于所述基板上。

优选地，各所述白光光源颗粒和各所述红外光源颗粒整体呈等间隔分布。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的多光谱相机同时设置了两个镜头，即第一镜头和第二镜头，第一镜头的光路上设置红色通道芯片、绿色通道芯片和蓝色通道芯片，第二镜头的光路上设置红外通道芯片，使得可见光的成像与红外光的成像彼此独立，因此可以区分设置第一镜头和第二镜头的光学参数，使得两者能够各自满足可见光和红外光的聚焦要求，以此提高多光谱相机成像时的清晰度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的多光谱相机的结构简图；

图2为本申请实施例所提供的多光谱相机的芯片的排布示意图；

图3为本申请实施例所提供的多光谱采集系统的光源的结构简图。

附图标记：

10-外壳；

11-第一镜头；

110-第一镜头体；

111-可见光带通滤光片；

12-第二镜头；

120-第二镜头体；

121-短波截止滤光片；

13-红色通道芯片；

14-绿色通道芯片；

15-蓝色通道芯片；

16-红外通道芯片；

16a-第一红外芯片；

16b-第二红外芯片；

16c-第三红外芯片；

17-光源；

170-基板；

171-白光光源颗粒；

172-红外光源颗粒。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

如图1和图2所示，本申请实施例提供了一种多光谱相机，其包括外壳10、芯片、第一镜头11和第二镜头12，第一镜头11和第二镜头12并排设置于外壳10上，芯片设置于外壳10的内部。芯片包括红色通道芯片13、绿色通道芯片14、蓝色通道芯片15和红外通道芯片16，该红色通道芯片13、绿色通道芯片14和蓝色通道芯片15位于第一镜头11的光路上，红外通道芯片16位于第二镜头12的光路上。

具体地，红色通道芯片13上可以通过镀膜技术镀红色滤光膜，以形成红色通道；绿色通道芯片14上可以通过镀膜技术镀绿色滤光膜，以形成绿色通道；蓝色通道芯片15上可以通过镀膜技术镀蓝色滤光膜，以形成蓝色通道；红外通道芯片16上可以通过镀膜技术镀红外滤光膜，以形成红外通道。另外，作为成像芯片，红色通道芯片13、绿色通道芯片14、蓝色通道芯片15和红外通道芯片16可以根据实际需求，选用CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)，CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或者其他类型的光电传感器。

本申请实施例中，第一镜头11的光路上设置红色通道芯片13、绿色通道芯片14和蓝色通道芯片15，第二镜头12的光路上设置红外通道芯片16，使得可见光的成像与红外光的成像彼此独立，因此可以区分设置第一镜头11和第二镜头12的光学参数，使得两者能够各自满足可见光和红外光的聚焦要求，以此提高多光谱相机成像时的清晰度。

由于红色通道芯片13、绿色通道芯片14、蓝色通道芯片15和红外通道芯片16均安装于外壳10内，当红外通道芯片16仅设置为一个时，红色通道芯片13、绿色通道芯片14和蓝色通道芯片15中的一者与红外通道芯片16固定连接，以此简化多光谱相机的装配操作。当红外通道芯片16设置为两个时，红色通道芯片13、绿色通道芯片14和蓝色通道芯片15中的任意两者可以与两个红外通道芯片16一一固定连接。

可以理解地，当红外通道芯片16仅设置为一个时，由于红外波段对相机内部产生的热噪声比较敏感，所得到的红外图像的信噪比比较低。因此，可将红外通道芯片16设置为三个，此三个红外通道芯片16分别为图2中的第一红外芯片16a、第二红外芯片16b和第三红外芯片16c，第一红外芯片16a可以与红色通道芯片13固定连接，第二红外芯片16b可以与绿色通道芯片14固定连接，第三红外芯片16c可以与蓝色通道芯片15固定连接。采用该技术方案后，随着红外通道芯片16的数量不断增加，最终形成的红外图像也随之增加，对各红外图像进行合成处理，图像数据经取平均后，可有效的较小热噪声对红外图像的影响，提高图像信噪比，继而提高红外图像的质量。

具体地，此处的固定连接的形式可以是：在同一个芯片基板的相对两侧分别镀红色滤光膜(或绿色滤光膜或蓝色滤光膜)和红外滤光膜，所镀的两种滤光膜可以接触，以此占据整个芯片基板的大部分面积，进而得到较大的滤光面积。

为了使可见光和红外光的滤光面积比较均衡，可使得红色通道芯片13、绿色通道芯片14和蓝色通道芯片15的滤光面积均与红外通道芯片16的滤光面积相等。当红外通道芯片16设置为三个时，此三个红外通道芯片16的滤光面积相等，而每个红外通道芯片16的滤光面积都与红色通道芯片13、绿色通道芯片14和蓝色通道芯片15的滤光面积相等。此处的滤光面积指的是芯片上可供光线通过的面的面积。

进一步地，红色通道芯片13与第一红外芯片16a形成第一芯片，绿色通道芯片14与第二红外芯片16b形成第二芯片，蓝色通道芯片15与第三红外芯片16c形成第三芯片，该第一芯片、第二芯片和第三芯片等间隔排列。通过此种设置方式，同样可以简化多光谱相机的装配，并且可以提高图像质量。

为了弱化可见光与红外光之间的干扰，本申请实施例提供的第一镜头11可包括第一镜头体110和固定于第一镜头体110的光路上的可见光带通滤光片111，以此降低红外光对可见光造成的影响，防止可见光图像出现偏色问题，从而提高可见光图像的颜色准确度，进而提升可见光图像的质量。同理地，第二镜头12可包括第二镜头体120和固定于该第二镜头体120的光路上的短波截止滤光片121，以此降低可见光对红外光造成的影响，防止红外光图像出现对比度较低的问题，从而提高红外图像的质量。

本申请实施例还提供一种多光谱采集系统，其包括光源和多光谱相机，光源照射在需要采集图像的物体上，此多光谱相机为上述任一技术方案所描述的多光谱相机。

当空间比较富裕时，上述光源可以包括单独设置的可见光光源和红外光源，但是如果空间比较局促，那么可见光光源和红外光源单独设置就会比较困难。有鉴于此，如图3所示，本申请实施例提供的光源17可包括基板170、多个白光光源颗粒171和多个红外光源颗粒172，各白光光源颗粒171和各红外光源颗粒172交替间隔分布于基板170上。也就是说，自基板170的一侧至另一侧，白光光源颗粒171和红外光源颗粒172的排列方式为：白光光源颗粒171、红外光源颗粒172、白光光源颗粒171、红外光源颗粒172……。因此，此种方案将可见光光源和红外光源集成到一起，以此充分利用相邻的白光光源颗粒171和相邻的红外光源颗粒172之间的空间，进而缩小整个光源17占用的空间，增加多光谱采集系统的灵活性。

可选地，各白光光源颗粒171和各红外光源颗粒172整体呈等间隔分布。也就是说，每个红外光源颗粒172都位于相邻的两个白光光源颗粒171的中间，使得每个红外光源颗粒172与两侧相邻的白光光源颗粒171之间的距离都相等。此种排布方式可以使得光源的光线更加均匀，同时加强物面光照度，优化光源17的光学二次汇聚特性。

另外，上述光源17可采用水冷的方式进行散热，以此保证芯片的温度处于合理的范围内，同时提升光源17的亮度和稳定性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多光谱相机，其特征在于，包括外壳、芯片、第一镜头和第二镜头，所述第一镜头和所述第二镜头并排设置于所述外壳上，所述芯片设置于所述外壳内，所述芯片包括红色通道芯片、绿色通道芯片、蓝色通道芯片和红外通道芯片，所述红色通道芯片、所述绿色通道芯片和所述蓝色通道芯片位于所述第一镜头的光路上，所述红外通道芯片位于所述第二镜头的光路上。

2.根据权利要求1所述的多光谱相机，其特征在于，所述红色通道芯片、所述绿色通道芯片和所述蓝色通道芯片中的至少一者与所述红外通道芯片固定连接。

3.根据权利要求1所述的多光谱相机，其特征在于，所述红外通道芯片为三个，三个所述红外通道芯片与所述红色通道芯片、所述绿色通道芯片和所述蓝色通道芯片一一固定连接。

4.根据权利要求3所述的多光谱相机，其特征在于，所述红色通道芯片与一个所述红外通道芯片形成第一芯片，所述绿色通道芯片与一个所述红外通道芯片形成第二芯片，所述蓝色通道芯片与另一个所述红外通道芯片形成第三芯片，所述第一芯片、所述第二芯片和所述第三芯片等间隔排列。

5.根据权利要求1所述的多光谱相机，其特征在于，所述第一镜头包括第一镜头体和固定于所述第一镜头体的光路上的可见光带通滤光片。

6.根据权利要求1所述的多光谱相机，其特征在于，所述第二镜头包括第二镜头体和固定于所述第二镜头体的光路上的短波截止滤光片。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的多光谱相机，其特征在于，所述红色通道芯片、所述绿色通道芯片和所述蓝色通道芯片的滤光面积均与所述红外通道芯片的滤光面积相等。

8.一种多光谱采集系统，其特征在于，包括光源和多光谱相机，所述多光谱相机为权利要求1-7中任一项所述的多光谱相机。

9.根据权利要求8所述的多光谱采集系统，其特征在于，所述光源包括基板、多个白光光源颗粒和多个红外光源颗粒，各所述白光光源颗粒和各所述红外光源颗粒交替间隔分布于所述基板上。

10.根据权利要求9所述的多光谱采集系统，其特征在于，各所述白光光源颗粒和各所述红外光源颗粒整体呈等间隔分布。