CN108896182A - 一种利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置，其包括光源、光准直偏振系统、目标物体、第一偏振分束器、声光滤波系统、第二偏振分束器、光反馈系统、聚焦透镜、成像系统和计算机控制与分析系统。本发明利用单个声光滤波器可以同时实现频域声光滤波和空间声光滤波，大大提高了超光谱成像的对比度，该装置结构简单、全电控制、性能稳定并且操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种利用单个声光滤波器的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利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置，利用单个滤波器先后实现频域声光滤波和空间声光滤波两次声光滤波过程，将频域声光滤波和空间声光滤波相结合，进行高对比超光谱成像。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置，其包括光源、光准直偏振系统、目标物体、第一偏振分束器、声光滤波系统、第二偏振分束器、光反馈系统、聚焦透镜、成像系统和计算机控制与分析系统；
所述光准直偏振系统接收来自光源的光束并对其进行缩束准直并输出线偏振光；
来自光准直偏振系统的线偏振光束照射到目标物体后透射进入第一偏振分束器；
第一偏振分束器由第一宽带偏振立方分光镜以及电控角度精密调节转台构成，第一宽带偏振立方分光镜固定在电控角度精密调节转台的上表面，电控角度精密调节转台通过串口与计算机控制与分析系统连接，第一宽带偏振立方分光镜接收来自光准直偏振系统的线偏振光，且线偏振光沿入射方向全部通过第一宽带偏振立方分光镜后进入声光滤波系统；
所述声光滤波系统由声光滤波器、射频源以及挡光板组成，声光滤波器和射频源之间通过射频线连接，所述挡光板位于声光滤波器的输出端，挡光板接收经声光滤波器输出的非衍射光束，声光滤波器接收来自第一偏振分束器的透射光束，对其进行频域声光滤波，经声光滤波器输出的频域声光滤波光束由第二偏振分束器接收；
所述第二偏振分束器为第二宽带偏振立方分光镜，第二宽带偏振立方分光镜将频域声光滤波光束传输方向偏折90度后进入光反馈系统；
所述光反馈系统接收来自第二偏振分束器的频域声光滤波光束将其传输方向偏折180度后进入聚焦透镜；
来自光反馈系统的频域声光滤波光束经聚焦透镜汇聚后进入第一偏振分束器，第一偏振分束器将来自聚焦透镜的频域声光滤波光束传输方向偏折后，送入声光滤波器进行空间声光滤波；
经声光滤波器输出的空间声光滤波光束经第二偏振分束器透射后进入成像系统，成像系统由焦距可调的成像镜头以及CCD组成，来自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。
所述光准直偏振系统由消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组以及偏振片构成，来自光源的光束经消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组后形成平行光束，平行光束经偏振片输出线偏振光。
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50毫米。
所述电控角度精密调节转台由铝合金材料加工成型，采用电控马达驱动，可实现最小5分的转动角。
所述光反馈系统由第一铝膜宽带平面反射镜、第二铝膜宽带平面反射镜组成，来自第二偏振分束器的频域声光滤波光束依次经过第一铝膜宽带平面反射镜、第二铝膜宽带平面反射镜后进入聚焦透镜。
所述挡光板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连接线与射频源以及CCD连接。
本发明采用以上技术方案，利用单个声光滤波器可以同时实现频域声光滤波和空间声光滤波，大大提高了超光谱成像的对比度，该装置结构简单、全电控制、性能稳定并且操作方便。
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，本发明一种利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置，其包括光源101、光准直偏振系统102、目标物体103、第一偏振分束器104、声光滤波系统105、第二偏振分束器106、光反馈系统107、聚焦透镜108、成像系统109和计算机控制与分析系统110；
光源101为卤素灯，在可见光至近红外范围内输出连续谱；
光准直偏振系统102接收来自光源101的光束并对其进行缩束准直并输出线偏振光；具体的光准直偏振系统102由消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组以及偏振片构成，来自光源101的光束经消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组后形成平行光束，平行光束经偏振片输出线偏振光；
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，来自光准直偏振系统102的线偏振光束照射到目标物体103后透射进入第一偏振分束器104；
第一偏振分束器104由第一宽带偏振立方分光镜以及电控角度精密调节转台构成，第一宽带偏振立方分光镜固定在电控角度精密调节转台的上表面，电控角度精密调节转台通过串口与计算机控制与分析系统110连接，电控角度精密调节转台由铝合金材料加工成型，采用电控马达驱动，可实现最小5分的转动角，其中，第一宽带偏振立方分光镜在可见光范围内，可以将随机偏振光束分成偏振方向互相垂直的s偏振光和p偏振光，s偏振光将被偏转90度，p偏振光沿原入射方向传输。第一宽带偏振立方分光镜接收来自光准直偏振系统102的线偏振光，且线偏振光沿入射方向全部通过第一宽带偏振立方分光镜后进入声光滤波系统105；
声光滤波系统105由声光滤波器、射频源以及挡光板组成，声光滤波器和射频源之间通过射频线连接，挡光板位于声光滤波器的输出端，挡光板为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘，挡光板接收经声光滤波器输出的非衍射光束，声光滤波器接收来自第一偏振分束器104的透射光束，对其进行频域声光滤波，经声光滤波器输出的频域声光滤波光束由第二偏振分束器106接收；
第二偏振分束器106为第二宽带偏振立方分光镜（在可见光范围内，第二宽带偏振立方分光镜可以将随机偏振光束分成偏振方向互相垂直的s偏振光和p偏振光，s偏振光将被偏转90度，p偏振光沿原入射方向传输），第二宽带偏振立方分光镜将频域声光滤波光束传输方向偏折90度后进入光反馈系统107；
光反馈系统107由第一铝膜宽带平面反射镜、第二铝膜宽带平面反射镜组成，来自第二偏振分束器106的频域声光滤波光束依次经过第一铝膜宽带平面反射镜、第二铝膜宽带平面反射镜后，将其传输方向偏折180度后进入聚焦透镜108，聚焦透镜108为消色差的双胶合凸透镜，焦距为50毫米；
来自光反馈系统107的频域声光滤波光束经聚焦透镜108汇聚后进入第一偏振分束器104，第一偏振分束器104将来自聚焦透镜108的频域声光滤波光束传输方向偏折后，送入声光滤波器进行空间声光滤波，频域声光滤波光束传输方向偏折的角度通过电控角度精密调节转台进行精确调节；
经声光滤波器输出的空间声光滤波光束经第二偏振分束器106透射后进入成像系统109，成像系统109由焦距可调的成像镜头以及CCD组成，来自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；
计算机控制与分析系统110由PC机构成，PC机分别通过USB连接线与射频源以及CCD通讯连接；PC机接收来自成像系统109的成像结果，并完成对成像结果的分析以及存储。
如图2所示，本发明对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，主要包括电控角度精密调节转台、声光滤波系统、成像系统以及计算机分析与控制系统等。
步骤202：根据光源发光情况对前端光学系统进行参数调整，实现对来自光源光束的缩束、准直以及偏振方向控制，调整目标物体的位置，确定具体的成像位置，保证经目标物体的透射光束经第一偏振分束器沿入射方向透射。
步骤203：设置声光滤波系统中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：调整光反馈系统的参数、聚焦透镜的位置以及第一宽带偏振立方分光镜的位置和转角，保证经聚焦透镜汇聚的频域声光滤波光束经第一偏振分束器偏折后，焦点处于声光滤波器的中心位置，对来自第一偏振分束器的频域声光滤波光束进行空间声光滤波。
步骤205：成像系统接收经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206：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207：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 (9)
1.一种利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置，其特征在于：其包括光源、光准直偏振系统、目标物体、第一偏振分束器、声光滤波系统、第二偏振分束器、光反馈系统、聚焦透镜、成像系统和计算机控制与分析系统；
所述光准直偏振系统接收来自光源的光束并对其进行缩束准直并输出线偏振光；
来自光准直偏振系统的线偏振光束照射到目标物体后透射进入第一偏振分束器；
第一偏振分束器由第一宽带偏振立方分光镜以及电控角度精密调节转台构成，第一宽带偏振立方分光镜固定在电控角度精密调节转台的上表面，电控角度精密调节转台通过串口与计算机控制与分析系统连接，第一宽带偏振立方分光镜接收来自光准直偏振系统的线偏振光，且线偏振光沿入射方向全部通过第一宽带偏振立方分光镜后进入声光滤波系统；
所述声光滤波系统由声光滤波器、射频源以及挡光板组成，声光滤波器和射频源之间通过射频线连接，所述挡光板位于声光滤波器的输出端，挡光板接收经声光滤波器输出的非衍射光束，声光滤波器接收来自第一偏振分束器的透射光束，对其进行频域声光滤波，经声光滤波器输出的频域声光滤波光束由第二偏振分束器接收；
所述第二偏振分束器为第二宽带偏振立方分光镜，第二宽带偏振立方分光镜将频域声光滤波光束传输方向偏折90度后进入光反馈系统；
所述光反馈系统接收来自第二偏振分束器的频域声光滤波光束将其传输方向偏折180度后进入聚焦透镜；
来自光反馈系统的频域声光滤波光束经聚焦透镜汇聚后进入第一偏振分束器，第一偏振分束器将来自聚焦透镜的频域声光滤波光束传输方向偏折后，送入声光滤波器进行空间声光滤波；
经声光滤波器输出的空间声光滤波光束经第二偏振分束器透射后进入成像系统，成像系统由焦距可调的成像镜头以及CCD组成，来自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所述的一种利用单个声光滤波器的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所述的一种利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述光准直偏振系统由消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组以及偏振片构成，来自光源的光束经消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组后形成平行光束，平行光束经偏振片输出线偏振光。
4.根据权利要求1所述的一种利用单个声光滤波器的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所述的一种利用单个声光滤波器的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50毫米。
6.根据权利要求1所述的一种利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述电控角度精密调节转台由铝合金材料加工成型，采用电控马达驱动，可实现最小5分的转动角。
7.根据权利要求1所述的一种利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述光反馈系统由第一铝膜宽带平面反射镜、第二铝膜宽带平面反射镜组成，来自第二偏振分束器的频域声光滤波光束依次经过第一铝膜宽带平面反射镜、第二铝膜宽带平面反射镜后进入聚焦透镜。
8.根据权利要求1所述的一种利用单个声光滤波器的高对比度超光谱成像装置，其特征在于：所述挡光板为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘。
9.根据权利要求1所述的一种利用单个声光滤波器的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连接线与射频源以及CCD连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20210316 |
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