CN111193879B - 一种单镜头多波段复用成像装置及其成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单镜头多波段复用成像装置，包括铝合金外壳和固定转接盖，所述铝合金外壳为内部中空的腔体，在该腔体内从左至右依次设置有显示屏、主控电路板、第一反射镜和第二反射镜，所述铝合金外壳靠近第二反射镜片一端与固定转接盖固定连接，所述固定转接盖内部设置有凹透镜片，且固定转接盖远离铝合金外壳一端活动连接有镜筒，所述镜筒靠近固定转接盖一端设置有调焦环，另一端设置有调整环，所述调整环上设置有镜盖，所述镜筒内靠近调整环一端设置有镜筒凸透镜片。本发明的成像装置具备结构简单，体积小，使用方便，可以得到从可见光到长波红外波段的图像，成像性能优越，无重影，光谱覆盖范围大。

Description

一种单镜头多波段复用成像装置及其成像方法

技术领域

本发明涉及红外成像设备技术领域，具体为一种单镜头多波段复用成像装置及其成像方法。

背景技术

多光谱相机是采用对所成像波段透过率高的材料制作成成像物镜，与滤光片、分束镜等组成光学系统，将同一景物的辐射及反射光束，按不同的波长分成若干波段，分别同时记录下来，得到一组同一景物不同光谱波段内的图像。多光谱相机多用于航空摄影，是农林、地质地理、水文海洋等领域中的一种重要研究手段，也是军事侦察的一种重要手段，是一种极为重要的遥感技术。

多光谱相机可分为三类：第一是多镜头型多光谱照相机，它具有4-9个镜头，每个镜头各有一个滤光片，分别让一种较窄光谱的光通过，多个镜头同时拍摄同一景物，用一张胶片同时记录几个不同光谱带的图像信息；第二是多相机型多光谱照相机，它是由几台照相机组合在一起，各台照相机分别带有不同的滤光片，分别接收景物的不同光谱带上的信息，同时拍摄同一景物，各获得一套特定光谱带的胶片；第三是光束分离型多光谱照相机，它采用一个镜头拍摄景物，用多个三棱镜分光器将来自景物的光线分离为若干波段的光束，用多套胶片分别将各波段的光信息记录下来。这三种多光谱照相机中，光束分离型相机的优点是结构简单，图像重叠精度高，但成像质量差；多镜头和多相机型照相机也难准确地对准同一地方，重叠精度差，成像质量也差，同时，重叠的处理时间也较长。

因此，设计一种单镜头多波段复用成像装置很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单镜头多波段复用成像装置，具备结构简单，体积小，使用方便，可以得到从可见光到长波红外波段的图像，成像性能优越，无重影，光谱覆盖范围大的优点，解决了上述技术背景中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单镜头多波段复用成像装置，该成像装置包括铝合金外壳和固定转接盖，所述铝合金外壳为内部中空的腔体，在该腔体内从左至右依次设置有显示屏、主控电路板、第一反射镜和第二反射镜，所述显示屏与主控电路板电性连接，所述主控电路板上电连接有CCD传感器、测距传感器和远红外线传感器，所述第一反射镜和第二反射镜连接，呈120度分布，所述铝合金外壳靠近第二反射镜片一端与固定转接盖固定连接，所述固定转接盖内部设置有凹透镜片，且固定转接盖远离铝合金外壳一端活动连接有镜筒，所述镜筒靠近固定转接盖一端设置有调焦环，另一端设置有调整环，所述调整环上设置有镜盖，所述镜筒内靠近调整环一端设置有镜筒凸透镜片，所述镜筒凸透镜片、凹透镜片、第一反射镜和第二反射镜同轴设置。

优选的，所述成像装置还包括供电装置，所述供电装置包括电池仓以及设置在电池仓内的电池，所述电池仓的开口端贯穿铝合金外壳并延伸至铝合金外壳外侧，所述电池与主控电路板电性连接，并给其提供电能。

优选的，所述铝合金外壳顶端设置有功能按键，所述功能按键与主控电路板电性连接，所述功能按键至少包括有开机按键、拍摄按键和图像远近调节按键，所述铝合金外壳底部设置有固定支架。

优选的，所述主控电路板上至少设置有数据收发模块、图像储存模块和DSP图像合成模块，所述DSP图像合成模块分别与图像储存模块和数据收发模块连接。

优选的，所述CCD传感器和测距传感器分别位于第一反射镜两侧，且CCD传感器和测距传感器上分别设置有CCD凸透镜和测距凸透镜。

优选的，所述远红外线传感器为氧化钒远红外线传感器，且远红外线传感器上设置有远红外线凸透镜。

本发明还提供了另一种技术方案：一种单镜头多波段复用成像装置的成像方法，它使用如上所述的成像装置，并包括以下步骤：

步骤一：自然光中的可视光线、近红外光线和远红外光线依次经过镜筒凸透镜片、凹透镜片、第一反射镜和第二反射镜，经过第二反射镜上的远红外光线由远红外线凸透镜将远红外光线汇集至远红外线传感器，远红外线传感器通过数据收发模块将原始的远红外图像传递给DSP图像合成模块；经过第一反射镜的可视光线和近红外光线均通过CCD凸透镜汇聚至CCD传感器，CCD传感器将原始的可视光图像和近红外图像通过数据收发模块传递给DSP图像合成模块；

步骤二：DSP图像合成模块将接收的原始远红外图像、可视光图像和近红外图像进行格式转换、预处理和图像增强，得到细节信息明显的图形；

步骤三：数据收发模块将步骤二中的图形传递给显示屏，并由显示屏显示出来。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明中的成像装置结构简单、紧凑，体积小，操作方便，可以得到从可见光到长波红外波段的图像，成像性能优越，光谱覆盖范围大，相对于传统的光束分离型相机、多镜头和多相机型照相机，成像无重影，且无需每次装放胶卷、冲洗胶卷的复杂程序，可重复使用，节约了成本，延长了使用寿命。

附图说明

图1为本发明的爆炸图；

图2为本发明的结构图；

图3为本发明图1中A的放大图；

图4为本发明的原理图。

图中的附图标记及名称如下：

1、铝合金外壳；2、显示屏；3、主控电路板；4、第一反射镜；5、第二反射镜；6、CCD传感器；7、测距传感器；8、远红外线传感器；9、固定转接盖；10、凹透镜片；11、镜筒；12、调焦环；13、调整环；14、镜盖；15、镜筒凸透镜片；16、电池仓；17、电池；18、开机按键；19、拍摄按键；20、图像远近调节按键；21、固定支架；22、CCD凸透镜；23、测距凸透镜；24、远红外线凸透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1至图3，本发明提供的一种实施例：一种单镜头多波段复用成像装置，该成像装置包括铝合金外壳1和固定转接盖9，所述铝合金外壳1为内部中空的腔体，在该腔体内从左至右依次设置有显示屏2、主控电路板3、第一反射镜4和第二反射镜5，所述显示屏2与主控电路板3电性连接，所述主控电路板3上电连接有CCD传感器6、测距传感器7和远红外线传感器8，所述第一反射镜4和第二反射镜5连接，呈120度分布，所述铝合金外壳1靠近第二反射镜片5一端与固定转接盖9固定连接，所述固定转接盖9内部设置有凹透镜片10，且固定转接盖9远离铝合金外壳1一端活动连接有镜筒11，所述镜筒11靠近固定转接盖9一端设置有调焦环12，另一端设置有调整环13，所述调整环13上设置有镜盖14，所述镜盖14可完全将调整环13覆盖，所述镜筒11内靠近调整环13一端设置有镜筒凸透镜片15，所述镜筒凸透镜片15、凹透镜片10、第一反射镜4和第二反射镜5同轴设置。

所述成像装置还包括供电装置，所述供电装置包括电池仓16以及设置在电池仓16内的电池17，所述电池仓16的开口端贯穿铝合金外壳1并延伸至铝合金外壳1外侧，所述电池17与主控电路板3电性连接，并给其提供电能，在本实施例中电池17优选的是可充电的锂电池。

具体的，所述铝合金外壳1顶端设置有功能按键，所述功能按键与主控电路板3电性连接，所述功能按键至少包括有开机按键18、拍摄按键19和图像远近调节按键20，在使用时，用户通过调节功能按键便可对成像装置操作，方便使用，所述铝合金外壳1底部设置有固定支架21。

具体的，所述主控电路板3上至少设置有数据收发模块、图像储存模块和DSP图像合成模块，所述DSP图像合成模块分别与图像储存模块和数据收发模块连接，在本实施例中数据收发模块为RS232接口，图像储存模块为TF卡，DSP图像合成模块为基于达芬奇技术的用于数字媒体的处理芯片，其可采用TI公司生产的TMS320DM6437ZWT的处理器。

具体的，所述CCD传感器6和测距传感器7分别位于第一反射镜4两侧，且CCD传感器6和测距传感器7上分别设置有CCD凸透镜22和测距凸透镜23，在本实施例中CCD传感器6的型号为TCD1711DG，测距传感器7为红外测距传感器。

具体的，所述远红外线传感器8为氧化钒远红外线传感器，且远红外线传感器8上设置有远红外线凸透镜24。

需要说明的是在本实施例中镜筒凸透镜片15、凹透镜片10、CCD凸透镜22、测距凸透镜23和远红外线凸透镜24均采用硒化锌材料制作。

请参阅图4，图中的可视光线、近红外光线和远红外光线经镜筒11内的镜筒凸透镜片15汇集至固定转接盖9内的凹透镜片10，再由凹透镜片10将个光线扩散至第一反射镜4和第二反射镜5，第一反射镜4处的远红外线凸透镜24将远红外光线汇集至远红外线传感器8，远红外线传感器8通过数据收发模块将原始的远红外图像传递给DSP图像合成模块，可视光线和近红外光线均通过CCD凸透镜22汇聚至CCD传感器6，CCD传感器6将原始的可视光图像和近红外图像通过数据收发模块传递给DSP图像合成模块，DSP图像合成模块将合成的图形显示在显示屏2上。

实施例二：

本发明提供了一种单镜头多波段复用成像装置的成像方法，它使用如实施例一所述的成像装置，其包括以下步骤：

步骤一：自然光中的可视光线、近红外光线和远红外光线依次经过镜筒凸透镜片15、凹透镜片10、第一反射镜4和第二反射镜5，经过第二反射镜5上的远红外光线由远红外线凸透镜24将远红外光线汇集至远红外线传感器8，远红外线传感器8通过数据收发模块将原始的远红外图像传递给DSP图像合成模块；经过第一反射镜4的可视光线和近红外光线均通过CCD凸透镜22汇聚至CCD传感器6，CCD传感器6将原始的可视光图像和近红外图像通过数据收发模块传递给DSP图像合成模块；

步骤二：DSP图像合成模块将接收的原始远红外图像、可视光图像和近红外图像进行格式转换、预处理和图像增强，得到细节信息明显的图形；

步骤三：数据收发模块将步骤二中的图形传递给显示屏2，并由显示屏2显示出来。

通过采用上述成像方法得到的图像无重影，解决了现有技术中的光束分离型相机、多镜头和多相机型照相机，成像有重影的问题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种单镜头多波段复用成像装置，包括铝合金外壳（1）和固定转接盖（9），其特征在于：所述铝合金外壳（1）为内部中空的腔体，在该腔体内从左至右依次设置有显示屏（2）、主控电路板（3）、第一反射镜（4）和第二反射镜（5），所述显示屏（2）与主控电路板（3）电性连接，所述主控电路板（3）上电连接有CCD传感器（6）、测距传感器（7）和远红外线传感器（8），所述第一反射镜（4）和第二反射镜（5）连接，呈120度分布，所述铝合金外壳（1）靠近第二反射镜片（5）一端与固定转接盖（9）固定连接，所述固定转接盖（9）内部设置有凹透镜片（10），且固定转接盖（9）远离铝合金外壳（1）一端活动连接有镜筒（11），所述镜筒（11）靠近固定转接盖（9）一端设置有调焦环（12），另一端设置有调整环（13），所述调整环（13）上设置有镜盖（14），所述镜筒（11）内靠近调整环（13）一端设置有镜筒凸透镜片（15），所述镜筒凸透镜片（15）、凹透镜片（10）、第一反射镜（4）和第二反射镜（5）同轴设置。

2.根据权利要求1所述的一种单镜头多波段复用成像装置，其特征在于：还包括供电装置，所述供电装置包括电池仓（16）以及设置在电池仓（16）内的电池（17），所述电池仓（16）的开口端贯穿铝合金外壳（1）并延伸至铝合金外壳（1）外侧，所述电池（17）与主控电路板（3）电性连接，并给其提供电能。

3.根据权利要求1所述的一种单镜头多波段复用成像装置，其特征在于：所述铝合金外壳（1）顶端设置有功能按键，所述功能按键与主控电路板（3）电性连接，所述功能按键至少包括有开机按键（18）、拍摄按键（19）和图像远近调节按键（20），所述铝合金外壳（1）底部设置有固定支架（21）。

4.根据权利要求1所述的一种单镜头多波段复用成像装置，其特征在于： 所述主控电路板（3）上至少设置有数据收发模块、图像储存模块和DSP图像合成模块，所述DSP图像合成模块分别与图像储存模块和数据收发模块连接。

5.根据权利要求1所述的一种单镜头多波段复用成像装置，其特征在于：所述CCD传感器（6）和测距传感器（7）分别位于第一反射镜（4）两侧，且CCD传感器（6）和测距传感器（7）上分别设置有CCD凸透镜（22）和测距凸透镜（23）。

6.根据权利要求1所述的一种单镜头多波段复用成像装置，其特征在于：所述远红外线传感器（8）为氧化钒远红外线传感器，且远红外线传感器（8）上设置有远红外线凸透镜（24）。

7.根据权利要求1所述的一种单镜头多波段复用成像装置的成像方法，其特征在于：所述成像方法包括以下步骤：

步骤一：自然光中的可视光线、近红外光线和远红外光线依次经过镜筒凸透镜片（15）、凹透镜片（10）、第一反射镜（4）和第二反射镜（5），经过第二反射镜（5）上的远红外光线由远红外线凸透镜（24）将远红外光线汇集至远红外线传感器（8），远红外线传感器（8）通过数据收发模块将原始的远红外图像传递给DSP图像合成模块；经过第一反射镜（4）的可视光线和近红外光线均通过CCD凸透镜（22）汇聚至CCD传感器（6），CCD传感器（6）将原始的可视光图像和近红外图像通过数据收发模块传递给DSP图像合成模块；

步骤二：DSP图像合成模块将接收的原始远红外图像、可视光图像和近红外图像进行格式转换、预处理和图像增强，得到细节信息明显的图形；

步骤三：数据收发模块将步骤二中的图形传递给显示屏（2），并由显示屏（2）显示出来。