CN106954009A - 图谱获取装置、方法及便携终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携终端使用的图谱获取装置，包括：图像获取装置(102)，用于获取图像数据(301)；光谱获取装置(103)，用于获取光谱数据(302)；处理器(104)，所述处理器(104)与所述图像获取装置(102)和所述光谱获取装置(103)通信，控制所述光谱获取装置(103)的驱动机构指向所述图像获取装置(102)的对焦视场，并控制所述图像获取装置和所述光谱获取装置同步完成图像数据采集和光谱数据采集。本发明还公开了一种图谱获取方法及一种便携终端。本发明能够解决现有便携终端图像获取装置无法同时获取图像信息和光谱信息的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像和光谱探测领域，具体涉及一种便携终端使用的图谱获取装置、方法及便携终端。
背景技术
随着电子技术的发展和人们生活水平提高，智能手机、平板电脑等智能型的便携终端逐渐走进入了人们的日常生活，也极大地改变了人们的生活方式。以智能手机为例，目前，智能手机已经不仅仅满足人们打电话、发短信等基本需求，人们还能够用它听歌、玩游戏、拍照等等，而拍照已经是智能手机的重要功能之一，甚至是某些品牌手机的主要卖点。
随着智能手机的发展，双摄像头的智能手机也开始出现，除了性能上满足高清、防抖等功能外，在功能方面也进行了深度扩展。譬如，HTC EVO 3D的两枚独立的摄像头支持3D拍照和视频录制；iPhone 7Plus的双摄像头实现了广角和长焦的完美融合；华为P9、360奇酷等均配置了彩色+黑白的双摄像头，显著增加了进光亮、提高了照片质量。此外，双摄像头在目标定位(专利申请公布号CN 103630112 A)、距离测量(专利申请公布号CN 103344213A)、速度测量(专利申请公布号CN 104599510 A)、动态范围补偿(专利申请公布号CN105611187 A)、全景拍摄(专利申请公布号CN 103685955 A)等方面也具有较大的应用前景。
当前，无论是单摄像头还是双摄像头，目前智能手机等便携终端的图像获取装置都仅能获取目标的强度图像信息或RGB信息，无法获取被拍摄目标更多的光谱信息。由于组成成分不同的物质具有特性的光谱特性，光谱信息如同物质的指纹，能够定量表征目标的化学属性。如果智能手机的图像获取装置能够同时获取目标的图像信息和光谱信息，这将从根本上改变现有的摄像头的功能形式，也将大大提高人们的智能手机使用体验和应用范围。以食品安全领域的应用为例，如果智能手机能够获取目标的图像和光谱信息，用户就能够便捷、直观地判断果蔬的新鲜程度、农药残留等信息，也能够判断餐厅菜肴的油品质量，甚至能够通过光谱信息判断面前食材的糖分、脂肪、纤维素含量。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携终端使用的图谱获取装置及方法，解决现有便携终端图像获取装置无法同时获取图像信息和光谱信息的问题。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了如下技术方案：
一方面，提供了一种便携终端使用的图谱获取装置，包括：图像获取装置(102)，用于获取图像数据(301)；光谱获取装置(103)，用于获取光谱数据(302)；处理器(104)，所述处理器(104)与所述图像获取装置(102)和所述光谱获取装置(103)通信，控制所述光谱获取装置(103)的驱动机构指向所述图像获取装置(102)的对焦视场，并控制所述图像获取装置和所述光谱获取装置同步完成图像数据采集和光谱数据采集。
优选地，所述处理器(104)能够完成所述图像获取装置(102)的光学对焦和成像参数设置，并实时监控对焦区域的图像信息，完成光学参数的动态调整。
优选地，当所述光谱获取装置(103)的视场不小于所述图像获取装置(102)的视场时，使用基于图像识别的局部对焦方式保证所述光谱获取装置(103)瞄准所述图像获取装置102的对焦位置(202)；当所述光谱获取装置(103)的视场小于所述图像获取装置102的视场时，驱动器(104)控制驱动机构将所述光谱获取装置(103)的视轴由初始位置(203)改变为图像获取装置(102)对焦位置(202)，从而保证所述光谱获取装置(103)瞄准所述图像获取装置(102)的对焦位置。
优选地，所述处理器(104)能够控制所述图像获取装置(102)和所述光谱获取装置(103)同步完成图像数据采集和光谱数据采集，从而保证曝光时间内光谱获取装置(103)的瞄准位置与图像获取装置(102)对焦位置一致。
优选地，所述图像获取装置(102)获取的图像数据(301)和所述光谱获取装置(103)获取的光谱数据(302)，能够根据内置数据库(303)完成数据的配准、标定以及数据分析。
优选地，所述内置数据库(303)能够通过网络与服务器(304)通信实现升级；或者所述内置数据库(303)能够将图像数据(301)和光谱数据(302)上传至服务器或云后台(306)，利用服务器或云后台(306)的资源完成数据处理，并通过网络下载服务器或云后台(306)的处理结果。
另一方面，提供了一种便携终端，包括本体(101)、如上所述的图谱获取装置，所述图像获取装置(102)和光谱获取装置(103)固定设置于所述本体(101)。
优选地，上述便携终端还包括人机交互单元(105)，所述人机交互单元(105)用于完成所述图像数据(301)和所述光谱数据(302)显示以及人机交换，且/或所述处理器(104)能够根据人机交互单元(105)的输入的对焦区域，完成图像获取装置(102)的光学对焦和成像参数设置，并实时监控对焦区域的图像信息，完成光学参数的动态调整。
优选地，所述人机交互单元(105)分为图像数据显示区(401)、光谱数据显示区(402)以及人机交互区(403)；图像数据显示区(401)，以图片的形式显示图像数据(301)；光谱数据显示区(402)，以数据或曲线的形式显示光谱数据(302)；人机交互区(403)，用于显示光谱数据处理结果和相关的控制参数设置。
再一方面，提供了一种图谱获取方法，包括：确定图像获取装置(102)的对焦位置；控制光谱获取装置(103)的驱动机构指向所述图像获取装置(102)的对焦视场；控制所述图像获取装置和所述光谱获取装置同步完成图像数据采集和光谱数据采集。
优选地，确定图像获取装置(102)的对焦位置包括：当所述光谱获取装置(103)的视场不小于所述图像获取装置(102)的视场时，使用基于图像识别的局部对焦方式保证所述光谱获取装置(103)瞄准所述图像获取装置102的对焦位置(202)；当所述光谱获取装置(103)的视场小于所述图像获取装置102的视场时，驱动器(104)控制驱动机构将所述光谱获取装置(103)的视轴由初始位置(203)改变为图像获取装置(102)对焦位置(202)，从而保证所述光谱获取装置(103)瞄准所述图像获取装置(102)的对焦位置。
优选地，确定所述图像获取装置(102)的对焦位置是根据人机交互单元输入的对焦区域实现的。
优选地，确定所述图像获取装置(102)的对焦位置后，还包括：控制所述图像获取装置完成光学对焦和成像参数的设置，并实时监控对焦区域的图像信息，完成光学参数的动态调整。
优选地，，控制所述图像获取装置和所述光谱获取装置同步完成图像数据采集和光谱数据采集包括：保证曝光时间内光谱获取装置(103)的瞄准位置与图像获取装置(102)对焦位置一致，确保图像信息和光谱信息对应同一目标位置。
优选地，控制所述图像获取装置和所述光谱获取装置同步完成图像数据采集和光谱数据采集后，还包括：完成图像信息和光谱信息的处理；完成处理结果的数字化、图形化显示。
本发明的图谱获取装置及方法，解决技术问题的技术方案如图1所示：包括便携终端的本体101，置于本体侧面的图像获取装置102、光谱获取装置103，本体101内部的处理器(CPU、DSP等)104同时与图像获取装置102和光谱获取装置103通信连接，完成状态控制和数据采集，并通过人机交互单元105实现结果显示和人机交互。
本发明的工作原理是：首先，本体101内部的处理器104获取用户在人机交换单元105输入的对焦区域，进而控制图像获取装置102进行光学对焦；其次，控制光谱获取装置103瞄准图像获取装置102的对焦位置，并针对瞄准区域的场景完成参数动态更新；再次，在图像获取装置102进行光学曝光、图像采集的同时，光谱获取装置103完成瞄准区域的光谱数据302采集；最后，通过本体101的内置软件或后台服务器完成图像数据301和光谱数据302的处理，并通过人机交互单元105实现结果显示和人机交互。
进一步的，所述图像获取装置102、光谱获取装置103能够为两个独立的光学探测模组，也能够为一个光学模组的两枚光学镜头；图像获取装置102、光谱获取装置103的相对排列位置能够为水平方向布置，也能够竖直方向布置。
进一步的，所述图像获取装置102、光谱获取装置103能够安装在一个外壳内，并排布局在本体101的同一侧面；也能够安装在独立的外壳内，独立布局在本体的不同位置。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂。
本发明的积极效果是：通过在便携终端设置图像获取装置和光谱获取装置，同时获取目标的图像信息和光谱信息，利用便携终端的内置软件或后台服务器完成图像数据和光谱数据的处理、显示，进而实现被拍摄目标光谱和强度多维信息特性识别，将彻底改变现有便携终端摄像头仅仅能够获取图像信息的现状，大大提高智能手机等便携终端的使用体验和应用范围。
附图说明
附图仅为了便于直观描述本发明的组成、原理和典型的实施方式，而并不认为是对本申请的限制；此外，在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明的实施例的图谱获取装置的结构示意图；
图2为本发明的实施例的便携终端的结构示意图；
图3为本发明的实施例的图谱获取方法的工作流程图；
图4为本发明的实施例的光谱获取装置视场大于等于图像获取装置时的对焦原理图；
图5为本发明的实施例的光谱获取装置视场小于图像获取装置时的对焦原理图；
图6为本发明的实施例的图像数据301和光谱数据302的单机版处理方法原理图；
图7为本发明的实施例的图像数据301和光谱数据302的网络版处理方法原理图；
图8为本发明的实施例的图像数据301和光谱数据302的相对排列位置图示；
图9为本发明的实施例的图像获取装置和光谱获取装置位于本体后侧的三种可能布局图示；
图10为本发明的实施例的图像数据301和光谱数据302的一种显示方式布局图示；
图11为本发明的实施例的图像数据301和光谱数据302的另一种显示方式布局图示。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
如图1所示，一种便携终端使用的图谱获取装置，包括以下部分：
便携终端的本体101，置于本体侧面的图像获取装置102、光谱获取装置103，本体101内部的处理器104同时与图像获取装置102和光谱获取装置103通信连接，完成状态控制、数据采集，并通过人机交互单元105实现结果显示和人机交互。
本发明一种实施方式如图2所示，图像获取装置102和光谱获取装置103位于本体101的后侧107，所述便携终端的本体101能够是智能手机、平板电脑等便携式电子装置，也能够是其他移动设备，本申请对此不作具体限定。
本发明提供的一种便携终端使用的图谱获取方法工作流程如图3所示：
S1：图像获取装置102和光谱获取装置103加电(即，提供电力供应)，处理器104对图像获取装置102和光谱获取装置103发出初始化指令，图像获取装置102和光谱获取装置103收到初始化指令后完成初始化以及增益、曝光时间、动态补偿等默认参数设置。
S2：处理器104获取用户在人机交换单元105输入的对焦区域，确定图像获取装置102对应的对焦位置，控制图像获取装置102完成光学对焦和成像参数的设置，并实时监控对焦区域的图像信息，完成光学参数的动态调整。
S3：处理器104根据图像获取装置102的对焦位置，控制光谱获取装置103的驱动机构指向图像获取装置102的对焦视场，并根据图像获取装置102对焦视场的目标特性完成增益、曝光时间等参数的动态设置。图像上对焦的点的位置，反映到光学系统上，就是视场位置。
S4：处理器104控制图像获取装置102和光谱获取装置103同步完成图像数据采集和光谱数据采集，保证曝光时间内光谱获取装置103的瞄准位置与图像获取装置102对焦位置一致，确保图像信息和光谱信息对应同一目标位置。
S5：处理器104完成图像信息和光谱信息的处理，譬如，图像信息的增强以及光谱信息的校正、配准、比对等。
S6：处理器104根据数据处理结果，完成结果的数字化、图形化显示，并根据用户在交互单元105界面的输入，更新结果显示内容和形式，增强用户体验。
进一步的，对于被拍摄目标201，假设用户在交互单元105界面选取的图像获取装置102对焦位置为202。所述光谱获取装置103的视场不小于图像获取装置102的视场时，能够使用基于图像识别的局部对焦方式保证光谱获取装置103瞄准图像获取装置102的对焦位置202，如图4所示；所述光谱获取装置103的视场小于图像获取装置102的视场时，能够使用驱动器104控制驱动机构将光谱获取装置103的视轴由初始位置203改变为图像获取装置102对焦位置202，保证光谱获取装置103瞄准图像获取装置102的对焦位置，如图5所示。
进一步的，图像获取装置102获取的图像数据301和光谱获取装置103获取的光谱数据302，能够由本体101的控制软件根据内置数据库303完成数据的配准、标定以及数据分析，并在交互单元105实现结果显示和人机交互，而内置数据库303通过本体101的蓝牙、WIFI、GSM等网络与服务器304升级，保证最新的软件版本和数据源，如图6所示；也能够通过本体101的蓝牙、WIFI、GSM等网络直接将图像数据301和光谱数据302上传服务器或云后台306，利用服务器或云后台306的资源完成数据处理，并通过本体101的蓝牙、WIFI、GSM等网络下载服务器或云后台306的处理结果，并在交互单元105实现结果显示和人机交互，如图7所示。
进一步的，图像获取装置102、光谱获取装置103的相对排列位置能够为水平方向布置，也能够竖直方向布置，并且位置能够互换，如图8的(a)、(b)、(c)、(d)四种情况所示。
进一步的，图像获取装置102和光谱获取装置103在主体101的具体位置能够为图9(a)所示的中间位置、图9(b)所示的左侧位置、图9(c)所示的右侧位置。当然，实际应用过程中也能够根据使用需要分布在本体的左侧106、后侧107、上侧108、右侧109或下侧110的其他不同位置。
进一步的，交互单元105分为三部分：图像数据显示区401，以图片的形式显示图像数据301；光谱数据显示区402，以数据或曲线的形式显示光谱数据302；人机交互区403，用于显示光谱数据处理结果和相关的控制参数设置。交互单元105的一种可能布局如9所示，图像数据显示区401位于上方，光谱数据显示区402和人机交互区403分列下方；另一种可能布局如图11所示，自上而下分别为图像数据显示区401、光谱数据显示区402和人机交互区403。当然，实际应用过程中也能够根据实际需要将图像数据显示区401、图像数据显示区401、人机交互区403以其他的表现形式(譬如，状态栏、悬浮对话框、弹出式菜单等)组合布置。
本实施方式中，图像获取装置102和光谱获取装置103的工作波段能够是可见光、近红外、短波红外、中波红外或长波红外中的一种或几种波长的组合。
进一步的，所述图像获取装置102的作用是获取拍摄目标的图像信息，能够使用现有智能手机的单摄像头，也能够根据需要使用双摄像头多摄像头；所述光谱获取装置103的作用是获取图像获取装置102对焦位置的光谱信息，光谱获取装置103能够为成像型的快照式光谱仪，也能够为非成像型的光谱分光模块或微型光谱仪。
显然，由于具体实施方式只能有限穷举，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，而不是对本申请进行限制。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还能够对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。同时，在权利要求中不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制，而仅仅是一个为了描述本发明原理和方法的名词。譬如，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”、“一个”或“一种”不排除存在多个这样的元件。
Claims (15)
1.一种便携终端使用的图谱获取装置，其特征在于，包括：
图像获取装置(102)，用于获取图像数据(301)；
光谱获取装置(103)，用于获取光谱数据(302)；
处理器(104)，所述处理器(104)与所述图像获取装置(102)和所述光谱获取装置(103)通信，控制所述光谱获取装置(103)的驱动机构指向所述图像获取装置(102)的对焦视场，并控制所述图像获取装置和所述光谱获取装置同步完成图像数据采集和光谱数据采集。
2.根据权利要求1所述的图谱获取装置，其特征在于，所述处理器(104)能够完成所述图像获取装置(102)的光学对焦和成像参数设置，并实时监控对焦区域的图像信息，完成光学参数的动态调整。
3.根据权利要求1所述的图谱获取装置，其特征在于，当所述光谱获取装置(103)的视场不小于所述图像获取装置(102)的视场时，使用基于图像识别的局部对焦方式保证所述光谱获取装置(103)瞄准所述图像获取装置102的对焦位置(202)；当所述光谱获取装置(103)的视场小于所述图像获取装置102的视场时，驱动器(104)控制驱动机构将所述光谱获取装置(103)的视轴由初始位置(203)改变为图像获取装置(102)对焦位置(202)，从而保证所述光谱获取装置(103)瞄准所述图像获取装置(102)的对焦位置。
4.根据权利要求1所述的图谱获取装置，其特征在于，所述处理器(104)能够控制所述图像获取装置(102)和所述光谱获取装置(103)同步完成图像数据采集和光谱数据采集，从而保证曝光时间内光谱获取装置(103)的瞄准位置与图像获取装置(102)对焦位置一致。
5.根据权利要求1所述的图谱获取装置，其特征在于，所述图像获取装置(102)获取的图像数据(301)和所述光谱获取装置(103)获取的光谱数据(302)，能够根据内置数据库(303)完成数据的配准、标定以及数据分析。
6.根据权利要求5所述的图谱获取装置，其特征在于，所述内置数据库(303)能够通过网络与服务器(304)通信实现升级；或者所述内置数据库(303)能够将图像数据(301)和光谱数据(302)上传至服务器或云后台(306)，利用服务器或云后台(306)的资源完成数据处理，并通过网络下载服务器或云后台(306)的处理结果。
7.一种便携终端，其特征在于，包括本体(101)、如权利要求1至6任一项所述的图谱获取装置，所述图像获取装置(102)和光谱获取装置(103)固定设置于所述本体(101)。
8.根据权利要求7所述的便携终端，其特征在于，还包括人机交互单元(105)，所述人机交互单元(105)用于完成所述图像数据(301)和所述光谱数据(302)显示以及人机交换，且/或所述处理器(104)能够根据人机交互单元(105)的输入的对焦区域，完成图像获取装置(102)的光学对焦和成像参数设置，并实时监控对焦区域的图像信息，完成光学参数的动态调整。
9.根据权利要求8所述的便携终端，其特征在于，所述人机交互单元(105)分为图像数据显示区(401)、光谱数据显示区(402)以及人机交互区(403)；图像数据显示区(401)，以图片的形式显示图像数据(301)；光谱数据显示区(402)，以数据或曲线的形式显示光谱数据(302)；人机交互区(403)，用于显示光谱数据处理结果和相关的控制参数设置。
10.一种图谱获取方法，其特征在于，包括：
确定图像获取装置(102)的对焦位置；
控制光谱获取装置(103)的驱动机构指向所述图像获取装置(102)的对焦视场；
控制所述图像获取装置和所述光谱获取装置同步完成图像数据采集和光谱数据采集。
11.根据权利要求10所述的图谱获取方法，其特征在于，确定图像获取装置(102)的对焦位置包括：当所述光谱获取装置(103)的视场不小于所述图像获取装置(102)的视场时，使用基于图像识别的局部对焦方式保证所述光谱获取装置(103)瞄准所述图像获取装置102的对焦位置(202)；当所述光谱获取装置(103)的视场小于所述图像获取装置102的视场时，驱动器(104)控制驱动机构将所述光谱获取装置(103)的视轴由初始位置(203)改变为图像获取装置(102)对焦位置(202)，从而保证所述光谱获取装置(103)瞄准所述图像获取装置(102)的对焦位置。
12.根据权利要求10所述的图谱获取方法，其特征在于，确定所述图像获取装置(102)的对焦位置是根据人机交互单元输入的对焦区域实现的。
13.根据权利要求10所述的图谱获取方法，其特征在于，确定所述图像获取装置(102)的对焦位置后，还包括：控制所述图像获取装置完成光学对焦和成像参数的设置，并实时监控对焦区域的图像信息，完成光学参数的动态调整。
14.根据权利要求10所述的图谱获取方法，其特征在于，控制所述图像获取装置和所述光谱获取装置同步完成图像数据采集和光谱数据采集包括：保证曝光时间内光谱获取装置(103)的瞄准位置与图像获取装置(102)对焦位置一致，确保图像信息和光谱信息对应同一目标位置。
15.根据权利要求10所述的图谱获取方法，其特征在于，控制所述图像获取装置和所述光谱获取装置同步完成图像数据采集和光谱数据采集后，还包括：
完成图像信息和光谱信息的处理；
完成处理结果的数字化、图形化显示。
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