CN111323123B - 一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机及其镀膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高光谱相机的技术领域，具体是一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机及其镀膜方法，用于解决基于渐变薄膜滤片式的高光谱相机的部分波段之间存在相互干扰，造成所采集图像和光谱信息失真，继而影响此技术无法实现宽波段探测的问题。本发明包括相互连接的相机本体和成像镜头，所述相机本体内安装有探测器芯片，所述探测器芯片上镀有渐变薄膜，所述渐变薄膜的外表面上镀有半透半截止滤光片。本发明中通过将半透半截止滤光片和探测器芯片组合在一起，两者间无间隔，从而可以极大的减少入射光依次经过半透半截止滤光片和探测器芯片间引起的光学干扰，进而可以减少光谱信号的失真现象，最终实现基于此项技术能够真正实现宽波段应用的需求。

Description

一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机及其镀膜方法
技术领域
本发明涉及高光谱相机的技术领域，更具体的是涉及一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机及其镀膜方法。
背景技术
成像技术的发展经历了大概4个阶段，第一个阶段是灰度图像阶段，即只有最多256种灰度的图像；第二阶段为彩色图像阶段，由三个特定波长：红、绿、蓝在可见光区域创建一个图像；第三阶段，多光谱图像阶段，由几个特定波段的滤光片组成的多光谱系统，可以得到该波段下的多光谱图像，该图像较之RGB图像已经得到了更多的光谱信息；第四个阶段，即为高光谱成像阶段，该阶段最大的特点是光谱连续，波段数多，高光谱分辨率保证的更多特征波谱的提取。
其中，高光谱成像是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术，是一种将成像技术和光谱技术相结合的多维信息获取技术，同时探测目标的二维几何空间与一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。
现有技术中的高光谱成像主要有基于滤波片成像，如典型的LCTF型高光谱成像仪一般由五部分组成：物镜、液晶可调滤光片、中继成像光学系统、相机和控制系统，其原理是：通过连续采集一系列波长条件下的样品二维图像，对应每个波长(λ)就有一幅二维图像，从而得到三维图像，其优点是可搭配高分辨率相机得到高分辨率高光谱图像，缺点是通光效率低、光谱分辨率低、光谱通道数少、成本高。
高光谱成像还有一种是基于光栅分光成像光谱仪的推扫型成像技术，其结构由三部分构成：成像镜头，成像光谱仪，面阵探测器，如CCD相机，其原理是二维物体的一条线带通过成像镜头成像并通过光谱仪前置狭缝，然后光线经过一组透镜后成为在垂直于狭缝方向上的平行光；该平行光通过光谱仪中的透射光栅在垂直于狭缝方向发生色散，变为在垂直于狭缝方向的方向随波长展开的单色光；该沿垂直于狭缝方向展开的单色光经过光谱仪的最后一组透镜成像到面阵探测器上。其优点是光谱分辨率高、光谱通道数多、光栅衍射效率高，缺点是成本高、需要扫描机构实现推扫成像。
上述高光谱成像利用高灵敏度CCD芯片或SCMOS芯片作为基底，在CCD芯片或SCOMS芯片上分别镀不同波段的滤波薄膜的技术手段已广泛应用，为了克服上述基于滤波片成像和基于光栅分光成像光谱仪的推扫型成像技术的缺点，出现了镀渐变薄膜滤光片的高光谱成像技术，镀渐变薄膜滤光片的结构更为简单，体积更小，成本更为低廉，是高光谱技术普及应用的理想选择之一。
现有技术中，基于渐变薄膜的高光谱相机采用的是基于法布里-珀罗干涉原理在面阵列探测器芯片上镀楔型膜，实现透过波长连续渐变，渐变镀膜相机对短波长光如450nm波长光，未在900nm位置检测到响应，相反长波长的光如900nm的光会在450nm位置有明显响应，同时也会在600nm处有微弱的响应，可忽略不计，即短波长的薄膜滤光片位置会对二倍波长的光也可透过，这样就会造成所采集到的光谱信号失真。
综上，现有技术中基于渐变薄膜滤片式的高光谱相机的波段之间相互干扰，从而可能会造成所采集到的光谱信号失真。因此，我们迫切的需要一种可以解决上述技术问题的基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机。
发明内容
基于以上问题，本发明提供了一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机及其镀膜方法，用于解决基于渐变薄膜滤片式的高光谱相机的部分波段之间存在相互干扰，造成所采集图像和光谱信息失真，继而影响此技术无法实现宽波段探测的问题。本发明中通过将半透半截止滤光片直接镀在镀有渐变薄膜的探测器芯片上，使半透半截止滤光片和探测器芯片组合在一起，两者间无间隔，从而可以极大的减少入射光依次经过半透半截止滤光片和探测器芯片间引起的光学干扰，进而可以减少光谱信号的失真现象，最终实现基于此项技术能够真正实现宽波段应用的需求。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机，包括相互连接的相机本体和成像镜头，所述相机本体内安装有探测器芯片，所述探测器芯片上镀有渐变薄膜，所述渐变薄膜的外表面上镀有半透半截止滤光片。
作为一种优选的方式，所述半透半截止滤光片包括红外截止膜和透过膜组。
作为一种优选的方式，所述透过膜组包括可见光截止膜或全透膜。
一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机的镀膜方法，包括以下步骤：
在相机本体内安装探测器芯片，并在探测器芯片的外表面镀上一层渐变薄膜；然后在渐变薄膜一半的外表面上镀一层红外截止膜，另一半外表面上镀一层可见光截止膜或不镀膜。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中通过将半透半截止滤光片直接镀在镀有渐变薄膜的探测器芯片上，使半透半截止滤光片和探测器芯片组合在一起，两者间无间隔，从而可以极大的减少入射光依次经过半透半截止滤光片和探测器芯片间引起的光学干扰，进而可以减少光谱信号的失真现象，最终实现基于此项技术能够真正实现宽波段应用的需求。
(2)本发明中半透半截止滤光片包括红外截止膜和透过膜组，透过膜组包括可见光截止膜或全透膜，在芯片上直接镀截止膜可尽可能提高通光效率，能够更好的保证成像质量
(3)本发明中基于渐变镀膜滤光片式的高光谱相机，能够依托现代探测器技术的发展选择更好、更高灵敏度、更高像素的探测器作为探测单元，同时随着镀膜技术的发展，可以依据应用需求选择合适的、经济的镀膜相机以便能够获取目标的图像和光谱信息。
(4)本发明中能够扩展基于渐变薄膜滤光片式高光谱相机的光谱测试范围，减少由于多级透光问题引起的对图像、光谱的影响，确保每一幅采集的图像都有高度一致的空间结构布局、精准光谱分布和图像色调完全匹配的效果。
附图说明
图1为本发明的正面结构简图；
图2为本发明图1中A-A处的剖视结构简图；
图3为本发明图2中B处的放大示意图；
图4为本发明半透半截止滤光片的结构简图；
附图标记：1相机本体，2探测器芯片，3渐变薄膜，4半透半截止滤光片，41可见光截止膜，42红外截止膜，5成像镜头。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：
如图1-4所示，一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机，包括相互连接的相机本体1和成像镜头5，相机本体1内安装有探测器芯片2，探测器芯片2上镀有渐变薄膜3，渐变薄膜3的外表面上镀有半透半截止滤光片4。其中，半透半截止滤光片4包括红外截止膜42和透过膜组，透过膜组包括可见光截止膜41或全透膜。
一种基于渐变薄膜3滤光片的高光谱相机的镀膜方法，包括以下步骤：
在相机本体1内安装探测器芯片2，并在探测器芯片2的外表面镀上一层渐变薄膜3；然后在渐变薄膜3一半的外表面上镀一层红外截止膜42，另一半外表面上镀一层可见光截止膜41或不镀膜。
工作原理：在探测芯片上镀有渐变薄膜3，对渐变薄膜3的范围进行扩展，其涵盖400nm-1000nm波段，并在渐变薄膜3上镀有半透半截止滤光片4，该半透半截止滤光片4分为两部分：一半镀红外截止膜42，目的是为了对红外光谱进行截止，另外一半为可见光截止膜41或全透膜，所谓全透膜就是不进行任何处理，所有进入的光信息允许通过，实现对多级透光效应的解决，可见光截止膜41可以避免400-500nm波段光信息对800-1000nm波段数据的采集的影响，实验验证400-500nm波段光信息对800-1000nm波段数据的采集的影响很小。
简言之，通过将半透半截止滤光片4直接镀在镀有渐变薄膜3的探测器芯片2上，使半透半截止滤光片4和探测器芯片2组合在一起，两者间无间隔，从而可以极大的减少入射光依次经过半透半截止滤光片4和探测器芯片2间引起的光学干扰，进而可以减少光谱信号的失真现象。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机，包括相互连接的相机本体(1)和成像镜头(5)，其特征在于：所述相机本体(1)内安装有探测器芯片(2)，所述探测器芯片(2)上镀有渐变薄膜(3)，所述渐变薄膜(3)涵盖400nm-1000nm波段，所述渐变薄膜(3)的外表面上镀有半透半截止滤光片(4)；所述半透半截止滤光片(4)具体为在渐变薄膜(3)一半的外表面上镀一层红外截止膜(42)，另一半外表面上镀一层可见光截止膜(41)或不镀膜；其中，所述可见光截止膜(41)可以避免400-500nm波段光信息对800-1000nm波段数据的采集的影响。
2.一种基于渐变薄膜滤光片的高光谱相机的镀膜方法，其特征在于：包括以下步骤：在相机本体(1)内安装探测器芯片(2)，并在探测器芯片(2)的外表面镀上一层渐变薄膜(3) ，所述渐变薄膜(3)涵盖400nm-1000nm波段；然后在渐变薄膜(3)一半的外表面上镀一层红外截止膜(42)，另一半外表面上镀一层可见光截止膜(41)或不镀膜；其中，所述可见光截止膜(41)可以避免400-500nm波段光信息对800-1000nm波段数据的采集的影响。
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