CN111504917A - 一种低成本快速线型光谱成像系统 - Google Patents

一种低成本快速线型光谱成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本快速线型光谱成像系统，包括共轭分束模组、线型光谱模组、可见光成像模组三个部分；共轭分束模组通过分束器将一部分的光直接成像于相机上，采集到二维图像，其像面与线型光谱模组相机像面共轭；线型光谱模组对待测物体的狭缝对应线型区域所反射光线进行衍射分光，由感光芯片拍摄分光衍射光线；可见光成像模组对待测物体实时成像，并且和线型光谱模组对应线型探测区域相结合标定位置以实现快速准确定位所探测线型区域。本发明通过分束镜将光谱与实时成像相结合，无任何机械移动装置，低成本快速准确地得到目标线型区域在连续波长通道下的光谱信息，克服了传统型高光谱成像技术价格昂贵操作费时难度大，难以定位等局限性，避免了操作复杂的扫描成像，大大提高了光谱数据采集的效率。

Description

一种低成本快速线型光谱成像系统
技术领域
本发明涉及一种低成本快速线型光谱成像系统。
背景技术
目前，成像光谱仪以多通道光谱技术为基础，集光学成像和光谱测量为一体，可以同时获取目标的图像信息和对应的光谱信息。成像光谱仪能够对物质的结构和成分进行分析、测量和处理，具有分析精度高、测量范围广等优点，广泛应用于石油、材料、农学、地质勘探、生物化学、医药卫生、环境保护、安全检测等领域。目前，传统的成像光谱仪根据其扫描方式分为摆扫式成像光谱仪、推帚式成像光谱仪、凝视型成像光谱仪。摆扫式也称为揺扫式、光机扫描式，利用线探测器接收目标各波段信息。其机械装置比较复杂笨重。推帚式利用面探测器接收目标个波段的信息，其推扫所需空间较大，且对推扫平台精度要求较高，机械装置复杂。凝视型高光谱成像利用声光可调谐滤波器、渐变滤光片等分光等方式分光，但目标的图像信息与光谱信息不能同时提取，后期数据处理比较困难，并且空间分辨率有限，光谱通道数也有限制。可以看到传统高光谱成像系统均需要机械空间扫描或波长扫描，成像方式复杂，时间冗长且价格昂贵。并且往往获得信息多于所需信息数十倍，资源利用率不高。
发明内容
为了克服现上述现有技术的不足，本发明提供一种低成本快速线型光谱成像系统，该系统通过分束镜将光谱与实时成像相结合，无任何机械移动装置，低成本快速准确地得到目标线型区域在连续波长通道下的光谱信息，克服了传统型高光谱成像技术价格昂贵操作费时难度大，难以定位等局限性，避免了复杂的扫描成像，可大大提高光谱数据采集效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种低成本快速线型光谱成像系统，其特征在于共轭分束模组、线型光谱模组、可见光成像模组三个部分；共轭分束模组通过分束器将一部分的光直接成像于一相机上，采集到二维图像，其像面与线型光谱模组相机像面共轭；线型光谱模组对待测物体的狭缝对应线型区域所反射光线进行衍射分光，由感光芯片拍摄分光衍射光线；可见光成像模组对待测物体实时成像，并且和线型光谱模组相结合标定探测位置以实现快速准确定位所探测线型区域。
所述的一种低成本快速线型光谱成像系统，其中共轭分束模组包括沿光路依次设置的成像镜头、透镜，分束器，被测物反射光进入成像镜头经过成像于透镜后经分束器以一定的分光比进行分光，使得可见光成像模组像面与线型光谱模组相机像面共轭。
所述的一种低成本快速线型光谱成像系统，其线型光谱模组依次包括狭缝、透镜、光楔、光栅、光楔、透镜、感光芯片。
所述的可见光成像模组由透镜和相机构成。
所述的相机与线型光谱模组所探测区域相关联标定，即相机成像自动标识线型光谱模组所探测区域。
采用上述一种低成本快速线型光谱成像系统对待测物进行探测时，相机自动获取探测物体的二维图像信息，线型光谱模组自动获取狭缝所对应线型区域每个点的光谱信息，两者位置信息通过预先标定相互关联，通过观察相机成像即可实现快速准确定位所探测线型区域。
本发明的有益效果是，提供了一种低成本快速线型光谱成像系统，该系统通过分束镜将线型光谱与实时成像相结合，无任何机械移动装置，低成本快速准确地得到目标线型区域在连续波长通道下的光谱信息，克服了传统型高光谱成像技术价格昂贵、操作费时难度大，难以定位等局限性，避免了扫描成像，大大提高了光谱数据采集的效率。
附图说明
图1为一种低成本快速线型光谱成像系统的实施例1示意图；
图中，共轭分光模组1、可见光成像模组2、线型光谱分光模组3、成像镜头4、透镜5、分束器6、透镜7、相机8、透镜9、狭缝10、透镜11、光楔12、光栅13、光楔14、透镜15、感光芯片16。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
一种低成本快速线型光谱成像系统主要包括共轭分束模组、线型光谱模组、可见光成像模组三个部分；共轭分束模组通过分束器将一部分的光直接成像于相机上，采集到二维图像，其像面与线型光谱模组相机像面共轭；线型光谱模组对待测物体的狭缝对应线型区域所反射光线进行衍射分光，由感光芯片拍摄分光衍射光线；可见光成像模组对待测物体实时成像，并且和线型光谱模组相结合标定位置以实现快速准确定位所探测线型区域。
如图1所示，共轭分光模组1由成像镜头4、透镜5、分束器6所组成。待测物体反射光由成像镜头收集后成像于透镜5，之后经过分束器6以一定分光比反射进入可见光成像模组以及以一定分光比透射进入线型光谱分光模组。
所述的可见光成像模组2包括沿光路依次设置的透镜7、相机8；光进入可见光成像模组后经透镜7成像于相机8。
所述的线型光谱分光模组3包括沿光路依次设置的透镜9、狭缝10、透镜11、光楔12、光栅13、光楔14、透镜15、感光芯片16。光以一定分光比透射进入线型光谱分光模组后，狭缝线型区域所对应图像经过透镜9后，成像于狭缝10位置。像面光经过狭缝10后，由透镜11准直，依次经过光楔12、光栅13、光楔14模块，再由透镜15聚焦于感光芯片16处。
所述的透镜5和透镜7构成光学4f中继系统，将像中继到相机8。
所述的透镜5和透镜9构成光学4f中继系统，将像中继到狭缝10。
所述的线型光谱分光模组3所对应探测区域于相机8所成像中标定，并且通过后期算法处理，自动在相机8所成像中标注出线型光谱分光模组所探测线型区域，通过观察相机所成像即可快速准确定位线型光谱分光模组所探测的目标线型区域，使得系统可以低成本快速准确地得到目标线型区域在连续波长通道下的光谱信息。

Claims (5)

1.一种低成本快速线型光谱成像系统，其特征在于共轭分束模组、线型光谱模组、可见光成像模组三个部分；共轭分束模组通过分束器将一部分的光直接成像于一相机（如彩色相机）上，相机采集到的是二维图像，其像面与线型光谱模组相机（如灰度相机）像面共轭；线型光谱模组对待测物体的狭缝对应线型区域所反射光线进行衍射分光，由光谱模组相机中的感光芯片拍摄分光衍射光线；可见光成像模组对待测物体实时成像，并且和线型光谱模组对应线型探测区域相结合标定位置以实现快速准确定位所探测线型区域。
2.根据权利要求1所述的一种低成本快速线型光谱成像系统，其特征在于，所述的共轭分束模组包括沿光路依次设置的成像镜头、透镜，分束器，被测物反射光进入成像镜头经过透镜聚焦于分束器后按照一定分光比进行分光，使得可见光成像模组像面与线型光谱模组相机像面共轭。
3.根据权利要求1所述的一种低成本快速线型光谱成像系统，其特征在于，所述的线型光谱模组依次包括狭缝、透镜、光楔、光栅、光楔、透镜、感光芯片。
4.根据权利要求1所述的一种低成本快速线型光谱成像系统，其特征在于，所述的可见光成像模组由透镜和成像相机构成。
5.根据权利要求4所述的一种低成本快速线型光谱成像系统，其特征在于，所述的成像相机与线型光谱模组对应线型探测区域相关联标定，即相机所成的像自动标识线型光谱模组所探测线型区域。
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