CN108716951A - 一种高对比度超光谱成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高对比度超光谱成像装置，其依次包括光源、前端光学系统、目标物体、第一声光滤波系统、聚焦透镜、第二声光滤波系统、成像系统和计算机控制与分析系统；本发明利用频域声光滤波与空间声光滤波相结合的方法，提高了超光谱成像的对比度，该装置设计巧妙，成像分辨率高，全电控制，性能稳定，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种高对比度超光谱成像装置。
背景技术
近年来，以声光可调滤波技术为基础的超光谱成像技术发展迅速，在农业生产、地质勘探、军事领域以及医学及生命科学领域都有广泛应用。传统的声光可调滤波技术存在光谱分辨率低的问题，为此，论文《Spectral resolution enhancement of acousto-optictunable filter by double-filtering》以及专利（基于双晶体滤波的带通可调声光滤波成像装置）中提出了两次声光滤波方法。利用级联的两个声光滤波器对信号光进行两次声光可调滤波，可以有效降低声光滤波信号的带宽，提升光谱分辨率。但是，该方法在成像过程中成像对比度低，影响对目标对象精细结构的识别，因此，如何能借助声光可调滤波技术，实现高对比度的超光谱成像是光学成像领域关心的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高对比度超光谱成像装置，利用前后顺序放置的第一声光滤波系统和第二声光滤波系统分别进行频域以及空间声光滤波，实现高对比超光谱成像。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高对比度超光谱成像装置，其依次包括光源、前端光学系统、目标物体、第一声光滤波系统、聚焦透镜、第二声光滤波系统、成像系统和计算机控制与分析系统；
所述前端光学系统接收来自光源的光束并对其进行缩束和准直；
来自前端光学系统的平行光束通过目标物体后，透射光束进入第一声光滤波系统；
所述第一声光滤波系统由第一声光滤波器、第一射频源以及第一挡光板组成，第一声光滤波器和第一射频源之间通过射频线连接，所述第一挡光板位于第一声光滤波器的输出端，第一挡光板接收经第一声光滤波器输出的非衍射光束，第一声光滤波器接收来自目标物体的透射光束，对其进行频域声光滤波，经第一声光滤波器输出的频域声光滤波光束由聚焦透镜接收；
所述聚焦透镜将频域声光滤波光束聚焦后送入第二声光滤波系统；
所述第二声光滤波系统由第二声光滤波器、第二射频源以及第二挡光板组成，第二声光滤波器和第二射频源之间通过射频线连接，所述第二挡光板位于第二声光滤波器的输出端，第二挡光板接收经第二声光滤波器输出的非衍射光束，所述第二声光滤波器接收来自聚焦透镜的汇聚光束，并对来自聚焦透镜的汇聚光束进行空间声光滤波，经第二声光滤波器输出的空间声光滤波光束进入成像系统；
所述成像系统由焦距可调的成像镜头以及CCD组成，来自第二声光滤波器的空间声光滤波光束经焦距可调的成像镜头汇聚并成像于CCD的感光面上；
所述计算机控制与分析系统由PC机构成，PC机分别与第一射频源、第二射频源以及CCD通讯连接；PC机接收来自成像系统的成像结果，并完成对成像结果的分析以及存储。
所述光源为卤素灯，在可见光至近红外范围内输出连续谱。
所述前端光学系统由同光轴依次设置的凸透镜与凹透镜组成，来自光源的光束经凸透镜会聚于凹透镜上，经凹透镜准直后形成平行光束。
所述目标物体为多组光学分辨率检验板负片，各组光学分辨率检验板负片分别由相互垂直的双向图案构成。
所述聚焦透镜为消色差的双胶合凸透镜，焦距为30mm。
所述第一挡光板和第二挡光板均为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘。
所述PC机分别通过USB连接线与第一射频源、第二射频源以及CCD连接。
本发明采用以上技术方案，利用频域声光滤波与空间声光滤波相结合的方法，提高了超光谱成像的对比度，该装置设计巧妙，成像分辨率高，全电控制，性能稳定，操作方便。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明高对比度超光谱成像原理流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明为一种高对比度超光谱成像装置，其依次包括光源101、前端光学系统102、目标物体103、第一声光滤波系统104、聚焦透镜105、第二声光滤波系统106、成像系统107和计算机控制与分析系统108；
所述光源101为卤素灯，在可见光至近红外范围内输出连续谱；
所述前端光学系统102接收来自光源101的光束并对其进行缩束和准直；
所述目标物体103为多组光学分辨率检验板负片，各组光学分辨率检验板负片分别由相互垂直的双向图案构成，来自前端光学系统102的平行光束通过目标物体103后，透射光束进入第一声光滤波系统104；
所述第一声光滤波系统104由第一声光滤波器、第一射频源以及第一挡光板组成，第一声光滤波器和第一射频源之间通过射频线连接，所述第一挡光板位于第一声光滤波器的输出端，第一挡光板接收经第一声光滤波器输出的非衍射光束，第一声光滤波器接收来自目标物体103的透射光束，对其进行频域声光滤波，经第一声光滤波器输出的频域声光滤波光束由聚焦透镜105接收；
所述聚焦透镜105为消色差的双胶合凸透镜，焦距为30mm，聚焦透镜105将频域声光滤波光束聚焦后送入第二声光滤波系统106；
所述第二声光滤波系统106由第二声光滤波器、第二射频源以及第二挡光板组成，第二声光滤波器和第二射频源之间通过射频线连接，所述第二挡光板位于第二声光滤波器的输出端，第二挡光板接收经第二声光滤波器输出的非衍射光束，所述第二声光滤波器接收来自聚焦透镜105的汇聚光束，使汇聚光束的焦点位于第二声光滤波器的中心位置，并对来自聚焦透镜105的汇聚光束进行空间声光滤波，经第二声光滤波器输出的空间声光滤波光束进入成像系统107；
所述成像系统107由焦距可调的成像镜头以及CCD组成，来自第二声光滤波器的空间声光滤波光束经焦距可调的成像镜头汇聚并成像于CCD的感光面上；
所述计算机控制与分析系统108由PC机构成，PC机分别通过USB与第一射频源、第二射频源以及CCD通讯连接；PC机接收来自成像系统107的成像结果，并完成对成像结果的分析以及存储。
所述前端光学系统102由同光轴依次设置的凸透镜与凹透镜组成，来自光源101的光束经凸透镜会聚于凹透镜上，经凹透镜准直后形成平行光束。
其中，第一挡光板和第二挡光板均为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘。
图2所示，本发明具体的高对比度超光谱成像过程如下：
步骤201：系统开，即整个高对比度超光谱成像系统的初始化。
步骤202：根据光源发光情况对前端光学系统进行参数调整，实现对来自光源的光束的缩束和准直；调整目标物体的位置，确定具体的成像位置。
步骤203：设置第一声光滤波系统中第一射频源输出射频信号的频率和功率，对来自目标物体的透射光束进行频域声光滤波。
步骤204：调整聚焦透镜的位置，保证经聚焦透镜汇聚的光束焦点处于第二声光滤波器的中心位置。
步骤205：设置第二声光滤波系统中第二射频源输出射频信号的频率和功率，对来自聚焦透镜的汇聚光束进行空间声光滤波。
步骤206：成像系统接收经第二声光滤波器输出的空间声光滤波光束，调节成像镜头的位置和焦距，使来自第二声光滤波器的空间声光滤波光束成像于CCD的感光面上。
步骤207：利用计算机控制与分析系统对成像系统获得的成像结果进行分析处理，调整第一射频源和第二射频源输出射频信号的频率，实现高对比度超光谱成像。
步骤208：对获得的高对比度超光谱成像结果进行存储，成像过程结束，系统关闭。
Claims (7)
1.一种高对比度超光谱成像装置，其特征在于：其依次包括光源、前端光学系统、目标物体、第一声光滤波系统、聚焦透镜、第二声光滤波系统、成像系统和计算机控制与分析系统；
所述前端光学系统接收来自光源的光束并对其进行缩束和准直；
来自前端光学系统的平行光束通过目标物体后，透射光束进入第一声光滤波系统；
所述第一声光滤波系统由第一声光滤波器、第一射频源以及第一挡光板组成，第一声光滤波器和第一射频源之间通过射频线连接，所述第一挡光板位于第一声光滤波器的输出端，第一挡光板接收经第一声光滤波器输出的非衍射光束，第一声光滤波器接收来自目标物体的透射光束，对其进行频域声光滤波，经第一声光滤波器输出的频域声光滤波光束由聚焦透镜接收；
所述聚焦透镜将频域声光滤波光束聚焦后送入第二声光滤波系统；
所述第二声光滤波系统由第二声光滤波器、第二射频源以及第二挡光板组成，第二声光滤波器和第二射频源之间通过射频线连接，所述第二挡光板位于第二声光滤波器的输出端，第二挡光板接收经第二声光滤波器输出的非衍射光束，所述第二声光滤波器接收来自聚焦透镜的汇聚光束，并对来自聚焦透镜的汇聚光束进行空间声光滤波，经第二声光滤波器输出的空间声光滤波光束进入成像系统；
所述成像系统由焦距可调的成像镜头以及CCD组成，来自第二声光滤波器的空间声光滤波光束经焦距可调的成像镜头汇聚并成像于CCD的感光面上；
所述计算机控制与分析系统由PC机构成，PC机分别与第一射频源、第二射频源以及CCD通讯连接；PC机接收来自成像系统的成像结果，并完成对成像结果的分析以及存储。
2.根据权利要求1所述的一种高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述光源为卤素灯，在可见光至近红外范围内输出连续谱。
3.根据权利要求1所述的一种高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述前端光学系统由同光轴依次设置的凸透镜与凹透镜组成，来自光源的光束经凸透镜会聚于凹透镜上，经凹透镜准直后形成平行光束。
4.根据权利要求1所述的一种高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述目标物体为多组光学分辨率检验板负片，各组光学分辨率检验板负片分别由相互垂直的双向图案构成。
5.根据权利要求1所述的一种高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述聚焦透镜为消色差的双胶合凸透镜，焦距为30mm。
6.根据权利要求1所述的一种高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述第一挡光板和第二挡光板均为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘。
7.根据权利要求1所述的一种高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述PC机分别通过USB连接线与第一射频源、第二射频源以及CCD连接。
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