CN107144346A - 一种可视化对焦高光谱成像仪 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种可视化对焦高光谱成像仪，解决了传统高光谱成像仪物镜对焦过程繁琐、对焦的不准确的问题。光谱成像仪包括高光谱成像系统和高光谱目视取景系统；高光谱成像系统包括物镜和依次设置在物镜后方的狭缝、光谱仪系统、探测器；高光谱目视取景系统包括反射平板、对焦屏、会聚透镜、五角棱镜和目镜；反射平板设置在物镜与狭缝之间的光路下方，对焦屏、会聚透镜、五角棱镜依次设置在成像光线经反射平板反射后的光路上，目镜设置在五角棱镜的出射光路上或入射光路上。本发明提高了对焦的准确性，使高光谱成像仪实现快速可视化对焦。
Description
技术领域
本发明涉及光学图像处理仪器领域，具体涉及一种可视化对焦高光谱成像仪。
背景技术
光谱成像技术可以同时获取包含二维空间信息和一维光谱信息的三维数据立方体，在环境监测、矿物侦探、农业遥感等领域应用越来越广泛。但色散形式的高光谱成像仪的原理是在一次像面上放置狭缝，狭缝像色散后，由焦面探测器接收，从而系统单次曝光无法获取二维空间像，也无法判断望远物镜对焦是否准确。
为了判断物镜对焦是否准确，需推扫成像后，对图像进行处理，还原出二维空间像后，再根据空间像的清晰程度判断物镜是否离焦，若物镜不在最佳对焦装调，则需调整后，再次推扫采集数据，复原二维空间像，再次判断，直至将物镜调整至最佳对焦状态为止。因此，传统色散高光谱成像仪的望远物镜更换及对焦过程非常繁琐，对焦准确性低，野外、实验室数据采集过程需耗费大量时间进行对焦调整工作。
发明内容
为解决传统高光谱成像仪物镜对焦过程繁琐、对焦的不准确的问题。本发明提供了一种含有高光谱目视取景系统的高光谱成像仪，简化了高光谱成像仪物镜的对焦过程，提高了对焦的准确性，使高光谱成像仪的对焦清晰程度可以通过目镜观察，完成高光谱成像仪物镜的对焦。
本发明解决上述问题的技术方案是：
一种可视化对焦高光谱成像仪，包括高光谱成像系统和高光谱目视取景系统；高光谱成像系统包括物镜和沿光路依次设置在物镜后方的狭缝、光谱仪系统、探测器；高光谱目视取景系统包括反射平板、对焦屏、会聚透镜、五角棱镜和目镜；所述反射平板位置可调，反射平板设置在物镜与狭缝之间的光路下方，对焦屏、会聚透镜、五角棱镜依次设置在成像光线经反射平板反射后的光路上，目镜设置在五角棱镜的入射光路或出射光路上；目镜设置在五角棱镜出射光路上时，会聚透镜的光轴与五角棱镜的入射边垂直，目镜的光轴与五角棱镜的出射边垂直；目镜设置在五角棱镜入射光路上时，目镜和会聚透镜的光轴与五角棱镜入射边垂直。物镜的成像光线经反射平板反射后，由对焦屏接收，对焦屏的像经会聚透镜、五角棱镜和目镜后，通过目镜的出瞳观察对焦屏上像的清晰程度，对物镜进行前后调焦移动；高光谱成像仪对焦完成后，反射平板返回原始位置。
进一步地，高光谱目视取景系统还包括调整装置，所述调整装置包括调整电机和蜗轮蜗杆，调整电机与蜗杆连接，蜗轮与反射平板的一端连接,调整电机通过蜗轮蜗杆带动反射平板旋转。本发明通过调整装置带动反射平板旋转，使对焦过程更为简单化，此外，采用蜗轮蜗杆，使得调整装置具有传动平稳、具有结构紧凑、体积小、重量轻的优点。
进一步地，光谱仪系统为平面光栅光谱仪系统、凸面光栅光谱仪系统、凹面光栅光谱仪系统、棱镜色散光谱仪系统或棱栅色散光谱仪系统中的一种。
进一步地，平面光栅光谱仪系统包括沿光路依次设置的准直物镜、平面光栅和成像物镜。
进一步地，凹面光栅光谱仪系统包括Dyson棱镜和凹面光栅。
进一步地，凸面光栅光谱仪系统包括两个反射镜和一个凸面光栅。
进一步地，物镜为远心或准远心望远物镜。
本发明的优点为：
1.可视化对焦高光谱成像技术通过高光谱目视取景系统的结构，使高光谱成像仪在工作前可以完成物镜的目视对焦，解决了高光谱成像仪野外、实验室通过推扫图像处理结果判断对焦的不准确性以及繁琐的对焦过程问题，简化了高光谱成像仪物镜对焦过程，提高了对焦的准确性，使高光谱成像仪实现快速可视化对焦。
2.高光谱成像仪的对焦清晰程度可以通过目视取景系统进行观察，完成高光谱成像仪物镜的对焦。
3.本发明调整装置带动反射平板旋转，使对焦过程更为简单化，此外，采用蜗轮蜗杆，使得调整装置具有传动平稳、具有结构紧凑、体积小、重量轻的优点。
附图说明
图1为本发明实施例可视化对焦高光谱成像仪工作原理图；
图2为本发明目镜设置在五角棱镜入射光路上时高光谱目视取景的系统示意图；
图3为本发明目镜设置在五角棱镜入射光路上时可视化对焦高光谱成像的系统示意图。
附图标记：11-望远物镜，12-狭缝，13-准直物镜，14-平面光栅，15-成像物镜，16-探测器；21-反射平板，22-对焦屏，23-会聚透镜，24-五角棱镜，25-目镜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
如图1所示，本发明的可视化对焦高光谱成像仪包括高光谱成像系统和高光谱目视取景系统；高光谱成像系统包括望远物镜11和沿光路依次设置在望远物镜11后方的狭缝12、光谱仪系统和探测器16；光谱仪系统包括沿光路依次设置的准直物镜13、平面光栅14和成像物镜15，狭缝12位于望远物镜11的像方焦面上，同时位于准直物镜13的物方焦面上；探测器16位于成像物镜15的像方焦面上。高光谱目视取景系统包括反射平板21、对焦屏22、会聚透镜23、五角棱镜24和目镜25；所述反射平板位置可调，反射平板21设置在望远物镜11与狭缝12之间的光路下方，对焦屏22、会聚透镜23、五角棱镜24依次设置在成像光线经反射平板21反射后的光路上，对焦屏22位于经反射平板21反射后的望远物镜11焦面上，目镜25根据五角棱镜24的设置位置，可以放置在五角棱镜24后方，即五角棱镜出射光路上，也可以和会聚透镜23一起放在五角棱镜24下方，即五角棱镜入射光路上。目镜设置在五角棱镜出射光路上时，目镜光轴与五角棱镜出射边垂直；目镜设置在五角棱镜入射光路上时，光轴与五角棱镜入射边垂直。如图2、图3所示，目镜设置在五角棱镜入射光路中。
对焦时，由调整装置调整反射平板21旋转进入望远物镜11和狭缝12之间，与光轴成45度角。高光谱成像仪完成望远物镜11对焦后，通过调整装置将反射平板21调整至平放状态。调整装置包括调整电机和蜗轮蜗杆，调整电机与蜗杆连接，蜗轮与反射平板的一端通过连接轴连接，调整电机通过蜗轮蜗杆带动反射平板21旋转。
图1所示为平面光栅14光谱仪系统的自动对焦高光谱成像系统，光谱仪系统还可基于凹面光栅、凸面光栅、棱镜、棱栅等色散方式，可以是offner凸面光栅光谱仪系统，可以是基于Dysons结构的凹面光栅光谱仪系统等光栅色散光谱仪，也可以是棱镜色散光谱仪系统和棱栅色散光谱仪系统。平面光栅光谱仪系统由准直物镜13、平面光栅14和成像物镜15组成；凹面光栅光谱仪系统包括Dyson棱镜和凹面光栅，凸面光栅光谱仪系统包括两个反射镜和一个凸面光栅。
高光谱成像仪对焦工作过程：高光谱成像仪望远物镜11对焦时，将反射平板21通过调整装置调整至45°方向位置，望远物镜11的成像光线经反射平板21反射后，由对焦屏22接收，对焦屏22的像经会聚透镜23进入五角棱镜24，五角棱镜24将对焦屏22的像折转90度进入目镜25。高光谱成像仪使用人员可通过目镜的出瞳观察对焦屏22上的像的清晰程度，可以观测望远系统实时对焦情况，对物镜进行前后调焦移动。
对焦完成后，高光谱成像仪可以开始正常工作。望远物镜11收集的成像光线经狭缝12调制后，经准直物镜13准直，由平面光栅14进行分光，经成像物镜15会聚后进入探测器16，完成高光谱成像仪的图谱探测功能。
本发明的保护范围不限于本发明的具体实施方式，对于本技术领域的技术人员而言，在本发明的启示下，能够从本发明公开内容中直接导出联想一些原理和结构相同的基本变形，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征相同的相互不同组合、相同或相似技术效果的技术特征简单改换，都属于本发明技术的保护范围。
Claims (7)
1.一种可视化对焦高光谱成像仪，其特征在于：包括高光谱成像系统和高光谱目视取景系统；
高光谱成像系统包括物镜和沿光路依次设置在物镜后方的狭缝、光谱仪系统、探测器；
高光谱目视取景系统包括反射平板、对焦屏、会聚透镜、五角棱镜和目镜；所述反射平板位置可调，反射平板设置在物镜与狭缝之间的光路下方，对焦屏、会聚透镜、五角棱镜依次设置在成像光线经反射平板反射后的光路上，目镜设置在五角棱镜的入射光路或出射光路上；目镜设置在五角棱镜出射光路上时，会聚透镜的光轴与五角棱镜的入射边垂直，目镜的光轴与五角棱镜的出射边垂直；目镜设置在五角棱镜入射光路上时，目镜和会聚透镜的光轴与五角棱镜入射边垂直。
2.根据权利要求1所述的可视化对焦高光谱成像仪,其特征在于：高光谱目视取景系统还包括调整装置，所述调整装置包括调整电机和蜗轮蜗杆，调整电机与蜗杆连接，蜗轮与反射平板的一端连接。
3.根据权利要求1所述的可视化对焦高光谱成像仪,其特征在于：光谱仪系统为平面光栅光谱仪系统、凸面光栅光谱仪系统、凹面光栅光谱仪系统、棱镜色散光谱仪系统或棱栅色散光谱仪系统中的一种。
4.根据权利要求3所述的可视化对焦高光谱成像仪,其特征在于：平面光栅光谱仪系统包括沿光路依次设置的准直物镜、平面光栅和成像物镜。
5.根据权利要求3所述的可视化对焦高光谱成像仪,其特征在于：凹面光栅光谱仪系统包括Dyson棱镜和凹面光栅。
6.根据权利要求3所述的可视化对焦高光谱成像仪,其特征在于：凸面光栅光谱仪系统包括两个反射镜和一个凸面光栅。
7.根据权利要求1至6任一所述的可视化对焦高光谱成像仪,其特征在于：物镜为远心或准远心望远物镜。
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