CN109839357A - 一种基于cmos像面分割技术的双光谱成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，包括飞行机构和拍摄机构，飞行机构由机箱、蓄电池、图像采集模块、处理模块、通信模块、控制模块、第一电机、锥齿轮、伞齿轮、角度板、支撑杆、缓冲槽、第一支撑板、缓冲弹簧、减震支腿、滚轮、压缩弹簧、第二电机和螺旋桨组成，机箱内壁的顶部固定连接有蓄电池，本专利基于CMOS像面分割技术所设计的双光谱相机，该相机经过像面分割处理后包含两个谱段的特定波段像面，对比分明，且成像同步，克服了一般光谱成像仪无法真正同步的缺点，图像畸变较小，方便后期的多光谱图像数据的融合处理，同时，该双光谱相机体积小、功耗小、重量轻，在飞行结构的装载下，便于进行农、林业多光谱数据监测。

Description

一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备

技术领域：

本发明属于光谱成像设备技术领域，特别涉及一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备。

背景技术：

多光谱成像系统在工作过程中同时用几个谱段对同一景物进行成像，现有的多光谱图像获取技术主要有以下几种：

多CCD多镜头成像方式：它采用多台CCD传感器芯片，为每个探测器配上特定波段滤光片，就可以获取多光谱图像，信号记录在存储介质上。该方式图谱合一，带通滤光片通常配置在各个镜头前，对于不同的应用领域，可选择特定波长滤光片。缺点是体积和重量较大，难点是多路图像的像元配准依赖多镜头的光轴平行度保证，其精度将直接影响到多波段图像合成的像元配准。

滤光片转轮和可调谐滤光片成像方式：采用滤光片转轮和可调谐滤光片设计的多光谱成像仪仅采用一台摄像机，具有同一光路的优势，通过摄像机镜头前滤光片转轮的转动来变换滤光片，获取多波段图像，优点是共用一个CCD传感器，改变光谱波段和改变光谱带宽便利。图像间的像元配准由图像重叠率和飞行速高比来决定。缺点和难点是不能同时获取多波段图像，有运动部件，机载小型化设计较为困难，配准需在飞行后依赖软件进行。只能采集序列图像，无法采集同一时刻、同一被观测场景在不同光谱段的图像信息，实时性差。

光束分离成像方式：应用模式是使用了棱镜分光，入射光线分为三路，分别聚焦在三个CCD探测器上。特点是使用3片面阵CCD，采用棱镜分光，图谱合一，合成图像符合视觉原理。缺点是光谱带宽通常大于100nm。

其他方式还有片状滤光片成像方式，特点是单片CCD传感器，片状滤光片制作于器件表面，滤光片像素分光困难，光谱带宽粗放，带宽在100nm以上。渐变滤光片成像方式在面阵CCD器件前放置一块渐变滤光片，透过波长由短到长。获取的每幅图像是有不同连续波段的行组成，具有不同波段在同一视场空间、同一曝光时间同步获取的优点，但各光谱波段的空间视场各不相同，短波始终在视场的前边，长波在后边，各波段不能同时获取同一空间目标图像。

发明内容：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，解决了现有的设备存在的缺点。

为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：

一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，包括飞行机构和拍摄机构，所述飞行机构由机箱、蓄电池、图像采集模块、处理模块、通信模块、控制模块、第一电机、锥齿轮、伞齿轮、角度板、支撑杆、缓冲槽、第一支撑板、缓冲弹簧、减震支腿、滚轮、压缩弹簧、第二电机和螺旋桨组成，所述机箱内壁的顶部固定连接有蓄电池，所述机箱内壁的底部转动连接有伞齿轮，所述机箱内壁的底部且靠近伞齿轮的一侧固定连接有第一电机，所述第一电机的输出端固定连接有锥齿轮，所述锥齿轮位于伞齿轮的上方，且所述锥齿轮与伞齿轮啮合连接，所述机箱内壁底部的一端固定连接有图像采集模块和处理模块，且所述机箱内壁底部的另一端固定连接有通信模块和控制模块，所述机箱的外侧等距固定连接有四个第二电机，所述第二电机的输出端固定连接有螺旋桨。

作为优选，所述机箱的底部等距固定连接有四根支撑杆，所述支撑杆的底部固定连接有缓冲槽，所述缓冲槽的两侧均固定连接有第一支撑板，所述缓冲槽的内部均转动连接有两个减震支腿，所述减震支腿之间均固定连接有压缩弹簧，所述减震支腿远离压缩弹簧的一侧固定连接有第二支撑板，所述第一支撑板与第二支撑板之间固定连接有缓冲弹簧，所述减震支腿远离缓冲槽的一端均转动连接有滚轮，所述拍摄机构由固定侧板、第三电机、双光谱机盒、全透镜、光谱通道、保护玻璃、滤镜、镜头组件、第一全反镜、支杆架、第二全反镜和CMOS成像芯片组成，所述伞齿轮的底部通过转轴连接有角度板，所述角度板的顶部与机箱的底部滑动连接，所述角度板的底部关于伞齿轮对称固定连接有两个固定侧板，所述固定侧板之间转动连接有双光谱机盒，所述角度板的一侧固定连接有第三电机，所述第三电机的输出端与双光谱机盒固定连接。

作为优选，所述双光谱机盒一侧关于伞齿轮对称设有两个光谱通道，所述光谱通道的外侧固定连接有全透镜，所述光谱通道内部固定安装有镜头组件，所述光谱通道内部且位于镜头组件与全透镜之间安装有滤镜，所述双光谱机盒内壁靠近光谱通道的一侧均固定连接有第一全反镜，所述双光谱机盒内壁且位于两个光谱通道之间固定连接有支杆架，所述支杆架远离全透镜的一端固定连接有“V”字型结构的第二全反镜，所述双光谱机盒内壁远离全透镜的一端固定连接有CMOS成像芯片。

作为优选，所述CMOS成像芯片靠近第二全反镜的一侧安装有保护玻璃。

作为优选，所述第一全反镜靠近光谱通道的一侧与双光谱机盒内壁之间呈一百三十五度夹角。

作为优选，所述第二全反镜的两侧分别与相邻的第一全反镜平行。

作为优选，所述双光谱机盒内壁靠近CMOS成像芯片的一侧固定连接有储存器。

作为优选，所述图像采集模块、处理模块、通信模块、第一电机、第二电机和第三电机均与控制模块电性连接。

本发明的有益效果：本专利基于CMOS像面分割技术所设计的双光谱相机，该相机经过像面分割处理后包含两个谱段的特定波段像面，对比分明，且成像同步，克服了一般光谱成像仪无法真正同步的缺点，图像畸变较小，方便后期的多光谱图像数据的融合处理，同时，该双光谱相机体积小、功耗小、重量轻，在飞行结构的装载下，便于进行农、林业多光谱数据监测。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的A处放大结构示意图；

图3为本发明双光谱机盒的内部结构示意图。

图中：1-飞行机构、2-拍摄机构、3-机箱、4-蓄电池、5-储存器、6-图像采集模块、7-处理模块、8-通信模块、9-控制模块、10-第一电机、11-锥齿轮、12-伞齿轮、13-角度板、14-支撑杆、15-缓冲槽、16-第一支撑板、17-缓冲弹簧、18-减震支腿、19-滚轮、20-压缩弹簧、21-第二电机、22-螺旋桨、23-固定侧板、24-第三电机、25-双光谱机盒、26-全透镜、27-光谱通道、28-保护玻璃、29-滤镜、30-镜头组件、31-第一全反镜、32-支杆架、33-第二全反镜、34-CMOS成像芯片、35-第二支撑板。

具体实施方式：

如图1-3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，包括飞行机构1和拍摄机构2，所述飞行机构1由机箱3、蓄电池4、图像采集模块6、处理模块7、通信模块8、控制模块9、第一电机10、锥齿轮11、伞齿轮12、角度板13、支撑杆14、缓冲槽15、第一支撑板16、缓冲弹簧17、减震支腿18、滚轮19、压缩弹簧20、第二电机21和螺旋桨22组成，所述机箱3内壁的顶部固定连接有蓄电池4，所述机箱3内壁的底部转动连接有伞齿轮12，所述机箱3内壁的底部且靠近伞齿轮12的一侧固定连接有第一电机10，所述第一电机10的输出端固定连接有锥齿轮11，所述锥齿轮11位于伞齿轮12的上方，且所述锥齿轮11与伞齿轮12啮合连接，所述机箱3内壁底部的一端固定连接有图像采集模块6和处理模块7，且所述机箱3内壁底部的另一端固定连接有通信模块8和控制模块9，所述机箱3的外侧等距固定连接有四个第二电机21，所述第二电机21的输出端固定连接有螺旋桨22。

其中，所述机箱3的底部等距固定连接有四根支撑杆14，所述支撑杆14的底部固定连接有缓冲槽15，所述缓冲槽15的两侧均固定连接有第一支撑板16，所述缓冲槽15的内部均转动连接有两个减震支腿18，所述减震支腿18之间均固定连接有压缩弹簧20，所述减震支腿18远离压缩弹簧20的一侧固定连接有第二支撑板35，所述第一支撑板16与第二支撑板35之间固定连接有缓冲弹簧17，所述减震支腿18远离缓冲槽15的一端均转动连接有滚轮19，所述拍摄机构2由固定侧板23、第三电机24、双光谱机盒25、全透镜26、光谱通道27、保护玻璃28、滤镜29、镜头组件30、第一全反镜31、支杆架32、第二全反镜33和CMOS成像芯片34组成，所述伞齿轮12的底部通过转轴连接有角度板13，所述角度板13的顶部与机箱3的底部滑动连接，所述角度板13的底部关于伞齿轮12对称固定连接有两个固定侧板23，所述固定侧板23之间转动连接有双光谱机盒25，所述角度板13的一侧固定连接有第三电机24，所述第三电机24的输出端与双光谱机盒25固定连接。

其中，所述双光谱机盒25一侧关于伞齿轮12对称设有两个光谱通道27，所述光谱通道27的外侧固定连接有全透镜26，所述光谱通道27内部固定安装有镜头组件30，所述光谱通道27内部且位于镜头组件30与全透镜26之间安装有滤镜29，所述双光谱机盒25内壁靠近光谱通道27的一侧均固定连接有第一全反镜31，所述双光谱机盒25内壁且位于两个光谱通道27之间固定连接有支杆架32，所述支杆架32远离全透镜26的一端固定连接有“V”字型结构的第二全反镜33，所述双光谱机盒25内壁远离全透镜26的一端固定连接有CMOS成像芯片34。

其中，所述CMOS成像芯片34靠近第二全反镜33的一侧安装有保护玻璃28，便于保护CMOS成像芯片34。

其中，所述第一全反镜31靠近光谱通道27的一侧与双光谱机盒25内壁之间呈一百三十五度夹角，便于折射光线。

其中，所述第二全反镜33的两侧分别与相邻的第一全反镜31平行，便于光线传输。

其中，所述双光谱机盒25内壁靠近CMOS成像芯片34的一侧固定连接有储存器5，便于储存采集信息。

其中，所述图像采集模块6、处理模块7、通信模块8、第一电机10、第二电机21和第三电机24均与控制模块9电性连接，便于控制无人机工作。

具体的：一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，使用时，首先通过遥控装置与控制模块9无线连接，并且通过控制模块9将控制第二电机21工作，第二电机21通过螺旋桨22带动整个装置起飞，同时通过第一电机10带动锥齿轮11转动，锥齿轮11通过伞齿轮12带动角度板13转动，以此通过角度板13带动双光谱机盒25横向转动，同时可通过第三电机24对双光谱机盒25的仰角进行调节，以此调节双光谱机盒25的拍摄角度，图像采集模块6和通信模块8将拍摄信息传输到控制终端，拍摄时，用两套相同成像系统经配准后同时对同一目标场景成像，每套成像系统含有一片对应所需探测波段的特定滤光片，对目标进行观测成像时，目标光线分别来到各自的相应带通滤光片，通过滤光片后，进入两个独立的光谱通道27，将目标图像传递到并同时成像在一片CMOS成像芯片34上，同时曝光，从而实现同一观测场景在不同谱段上的单片CMOS多光谱同步成像，在降落时，在重力作用下，减震支腿18向两侧运动，同时减震支腿18拉伸压缩弹簧20以此进行缓冲压力，增加其降落时的稳定性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，其特征在于：包括飞行机构(1)和拍摄机构(2)，所述飞行机构(1)由机箱(3)、蓄电池(4)、图像采集模块(6)、处理模块(7)、通信模块(8)、控制模块(9)、第一电机(10)、锥齿轮(11)、伞齿轮(12)、角度板(13)、支撑杆(14)、缓冲槽(15)、第一支撑板(16)、缓冲弹簧(17)、减震支腿(18)、滚轮(19)、压缩弹簧(20)、第二电机(21)和螺旋桨(22)组成，所述机箱(3)内壁的顶部固定连接有蓄电池(4)，所述机箱(3)内壁的底部转动连接有伞齿轮(12)，所述机箱(3)内壁的底部且靠近伞齿轮(12)的一侧固定连接有第一电机(10)，所述第一电机(10)的输出端固定连接有锥齿轮(11)，所述锥齿轮(11)位于伞齿轮(12)的上方，且所述锥齿轮(11)与伞齿轮(12)啮合连接，所述机箱(3)内壁底部的一端固定连接有图像采集模块(6)和处理模块(7)，且所述机箱(3)内壁底部的另一端固定连接有通信模块(8)和控制模块(9)，所述机箱(3)的外侧等距固定连接有四个第二电机(21)，所述第二电机(21)的输出端固定连接有螺旋桨(22)。

2.根据权利要求1所述的一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，其特征在于：所述机箱(3)的底部等距固定连接有四根支撑杆(14)，所述支撑杆(14)的底部固定连接有缓冲槽(15)，所述缓冲槽(15)的两侧均固定连接有第一支撑板(16)，所述缓冲槽(15)的内部均转动连接有两个减震支腿(18)，所述减震支腿(18)之间均固定连接有压缩弹簧(20)，所述减震支腿(18)远离压缩弹簧(20)的一侧固定连接有第二支撑板(35)，所述第一支撑板(16)与第二支撑板(35)之间固定连接有缓冲弹簧(17)，所述减震支腿(18)远离缓冲槽(15)的一端均转动连接有滚轮(19)，所述拍摄机构(2)由固定侧板(23)、第三电机(24)、双光谱机盒(25)、全透镜(26)、光谱通道(27)、保护玻璃(28)、滤镜(29)、镜头组件(30)、第一全反镜(31)、支杆架(32)、第二全反镜(33)和CMOS成像芯片(34)组成，所述伞齿轮(12)的底部通过转轴连接有角度板(13)，所述角度板(13)的顶部与机箱(3)的底部滑动连接，所述角度板(13)的底部关于伞齿轮(12)对称固定连接有两个固定侧板(23)，所述固定侧板(23)之间转动连接有双光谱机盒(25)，所述角度板(13)的一侧固定连接有第三电机(24)，所述第三电机(24)的输出端与双光谱机盒(25)固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，其特征在于：所述双光谱机盒(25)一侧关于伞齿轮(12)对称设有两个光谱通道(27)，所述光谱通道(27)的外侧固定连接有全透镜(26)，所述光谱通道(27)内部固定安装有镜头组件(30)，所述光谱通道(27)内部且位于镜头组件(30)与全透镜(26)之间安装有滤镜(29)，所述双光谱机盒(25)内壁靠近光谱通道(27)的一侧均固定连接有第一全反镜(31)，所述双光谱机盒(25)内壁且位于两个光谱通道(27)之间固定连接有支杆架(32)，所述支杆架(32)远离全透镜(26)的一端固定连接有“V”字型结构的第二全反镜(33)，所述双光谱机盒(25)内壁远离全透镜(26)的一端固定连接有CMOS成像芯片(34)。

4.根据权利要求2所述的一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，其特征在于：所述CMOS成像芯片(34)靠近第二全反镜(33)的一侧安装有保护玻璃(28)。

5.根据权利要求2所述的一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，其特征在于：所述第一全反镜(31)靠近光谱通道(27)的一侧与双光谱机盒(25)内壁之间呈一百三十五度夹角。

6.根据权利要求2所述的一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，其特征在于：所述第二全反镜(33)的两侧分别与相邻的第一全反镜(31)平行。

7.根据权利要求2所述的一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，其特征在于：所述双光谱机盒(25)内壁靠近CMOS成像芯片(34)的一侧固定连接有储存器(5)。

8.根据权利要求1所述的一种基于CMOS像面分割技术的双光谱成像设备，其特征在于：所述图像采集模块(6)、处理模块(7)、通信模块(8)、第一电机(10)、第二电机(21)和第三电机(24)均与控制模块(9)电性连接。