CN107238437A - 一种自动对焦高光谱成像仪 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种自动对焦高光谱成像仪，解决了现有的高光谱成像仪物镜对焦过程繁琐、对焦准确性低的问题。其包括高光谱成像系统和自动对焦系统；高光谱成像系统包括物镜、狭缝、光谱仪系统和探测器；自动对焦系统包括反射平板、对焦成像透镜组、自动对焦探测器、液晶显示系统、数据处理驱动模块和驱动装置；反射平板设置在物镜与狭缝之间的光路下方，对焦成像透镜组设置在成像光线经反射平板反射后的光路上，对焦成像透镜组的像面上安装自动对焦探测器，自动对焦探测器分别与液晶显示系统、数据处理驱动模块连接，数据处理驱动模块控制驱动装置带动物镜前后调焦移动。本发明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。
Description
技术领域
本发明涉及光学图像处理仪器领域，具体涉及一种自动对焦高光谱成像仪。
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。但色散高光谱成像仪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，也无法判断物镜对焦是否准确。
为了判断物镜对焦是否准确，色散高光谱成像仪需在推扫成像后，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，调整物镜位置，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，现有的色散高光谱成像仪的物镜的对焦过程非常繁琐，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
为解决现有的高光谱成像仪物镜对焦过程繁琐、对焦准确性低的问题，本发明提供了一种含有自动对焦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，高光谱成像仪的对焦效果可以通过液晶显示系统观察，使自动对焦效果可视化。
本发明解决上述问题的技术方案是：
一种自动对焦高光谱成像仪，包括高光谱成像系统和自动对焦系统；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；自动对焦系统包括反射平板、对焦成像透镜组、自动对焦探测器、液晶显示系统、数据处理驱动模块和驱动装置；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，对焦成像透镜组设置在成像光线经反射平板反射后的光路上，对焦成像透镜组的像面上安装自动对焦探测器，自动对焦探测器分别与液晶显示系统、数据处理驱动模块连接，数据处理驱动模块控制驱动装置，驱动装置带动物镜前后调焦移动。物镜收集的成像光线经反射平板反射后，进入对焦成像透镜组，由自动对焦探测器接收；自动对焦探测器将接收到的图像数据传输至液晶显示系统，同时将图像数据传输至数据处理驱动模块，对图像清晰度进行判别；数据处理驱动模块控制驱动装置，驱动装置带动物镜前后调焦移动；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，自动对焦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，调整电机由数据处理驱动模块控制，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自动带动反射平板旋转，使对焦过程更为简单化，此外，采用蜗轮蜗杆，使得调整装置传动平稳、具有结构紧凑、体积小、重量轻。
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，物镜为远心望远物镜。
进一步地，物镜可自动对焦，由驱动装置自动完成，驱动装置为步进电机。
本发明的优点为：
1.自动对焦高光谱成像仪通过自动对焦系统，使高光谱成像系统在工作前可以完成物镜的自动对焦，解决了高光谱成像仪野外、实验室繁琐的对焦过程以及对焦的不准确性的问题，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。
2.高光谱成像仪的对焦效果可以通过液晶显示系统观察，完成高光谱成像仪物镜对焦效果的可视化。
3.本发明调整装置自动带动反射平板旋转，使对焦过程更为简单化，此外，采用蜗轮蜗杆，使得调整装置传动平稳、具有结构紧凑、体积小、重量轻。
附图说明
图1为本发明实施例自动对焦高光谱成像仪工作原理图。
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-对焦成像透镜组，23-自动对焦探测器，24-液晶显示系统，25-数据处理驱动模块，26-步进电机。
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，本发明的自动对焦高光谱成像仪包括高光谱成像系统和自动对焦系统；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、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。自动对焦系统位于望远物镜11和狭缝12之间，包括反射平板21、对焦成像透镜组22、自动对焦探测器23、液晶显示系统24、数据处理驱动模块25和驱动装置；所述反射平板位置可调，反射平板21设置在物镜与狭缝12之间的光路下方，对焦成像透镜组22设置在成像光线经反射平板21反射后的光路上，对焦成像透镜组22的像面上安装自动对焦探测器23；自动对焦探测器23分别与液晶显示系统24、数据处理驱动模块25连接，数据处理驱动模块25控制驱动装置，驱动装置带动物镜前后移动调焦。物镜的自动对焦由驱动装置自动完成，驱动装置为步进电机26。
自动对焦系统还包括调整装置，调整装置包括调整电机和蜗轮蜗杆，调整电机由数据处理驱动模块25控制，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。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，反射平板21与光轴成45度角，直至对焦成像透镜组22的物面与反射平板21反射后的望远物镜11焦面重合。
图1所示为平面光栅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：将反射平板21通过调整装置调整45°方向的位置，望远物镜11收集的成像光线经反射平板21反射后，进入对焦成像透镜组22，并由自动对焦探测器23接收。自动对焦探测器23接收到的图像数据传输至液晶显示系统24供使用者观测，同时将图像数据传输至数据处理驱动模块25，对图像清晰度进行判别，数据处理驱动模块25控制步进电机26带动望远物镜11移动调焦，直至移动至最佳焦面位置，完成自动对焦，步进电机26停止，高光谱成像仪对焦完成后，反射平板21通过调整装置返回原始位置，原始位置即为平放状态。
高光谱成像仪使用人员可通过液晶显示系统24观察对焦情况和最终的调焦效果。高光谱成像仪完成望远物镜11对焦后，反射平板21转回初始位置，光谱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，经光谱仪系统后进入探测器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 (8)
1.一种自动对焦高光谱成像仪，其特征在于：包括高光谱成像系统和自动对焦系统；
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；
自动对焦系统包括反射平板、对焦成像透镜组、自动对焦探测器、液晶显示系统、数据处理驱动模块和驱动装置；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，对焦成像透镜组设置在成像光线经反射平板反射后的光路上，对焦成像透镜组的像面上安装自动对焦探测器，自动对焦探测器分别与液晶显示系统、数据处理驱动模块连接，数据处理驱动模块控制驱动装置，驱动装置带动物镜前后调焦移动。
2.根据权利要求1所述的自动对焦高光谱成像仪,其特征在于：自动对焦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，调整电机由数据处理驱动模块控制，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。
3.根据权利要求1所述的自动对焦高光谱成像仪,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所述的自动对焦高光谱成像仪,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所述的自动对焦高光谱成像仪,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所述的自动对焦高光谱成像仪,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任一所述的自动对焦高光谱成像仪,其特征在于：物镜为远心望远物镜。
8.根据权利要求7所述的自动对焦高光谱成像仪,其特征在于：驱动装置为步进电机。
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