CN111610151A - 一种移动车载电磁波多谱仪系统及成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子信息领域，特别是涉及一种移动车载电磁波多谱仪系统及成像方法。该发明包括时钟模块，GPS定位模块，光谱采集模块，探测与信号预处理模块，信息存储模块和电源模块，其中时钟模块用于提供时钟脉冲信号，GPS定位模块用于提供精确地理信息，光谱采集模块负责采集所测物体反射回的电磁波并将其根据频率的不同进行调制分离，探测与信号预处理模块将调制分离好的电磁波分别送到对应的光谱仪中进行预处理并连接信息存储模块，电源模块用于对时钟模块提供电力支持，本发明的多谱仪系统有机的整合了多种光谱仪，灵活性好，信息量大，可追踪，柔性制造成本低同时与现有系统集成性好。

Description

一种移动车载电磁波多谱仪系统及成像方法
技术领域
本发明涉及医疗成像领域，尤其是涉及一种移动车载电磁波多谱仪系统及成像方法。
背景技术
现在中国的高速公路有六十多年的历史，贯穿全国各地，总里程已达14万千米，位居全球第一，这极大的便利了我们的出行。同时，地球表面上绝大多数自然存在的物质都具有可分辨的特征光谱，即我们可以通过对应的光谱仪寻找对应的目标物质，因此科研人员可以很便捷的将所用科研设备装在车上去往全国各地进行实地研究。光谱仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线。阳光中的七色光是肉眼能分的部分，即可见光，但若通过光谱仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。
但是常规的光谱仪作用比较单一，不同的光谱仪只能测量单段光谱，灵活性差，进行科研时得到的信息量小，不具备可追踪性，数据模式也不全，而随着社会的发展，国家对矿产资源的需求越来越大，且地表水污染形势日趋严重，地震次数越来越频繁，对于这些情况的出现，功能单一的光谱仪很难同时应对这些问题。其中多光谱成像技术是利用从可见光到近红外、再到中波红外甚至到太赫兹，多种光谱对目标进行光学跟踪与识别。
因此，针对以上提到的车载光谱仪中存在的问题有必要对现有车载光谱仪系统予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种脑机接口信号采集系统，在脑电信号数字化处理模块中通过电平比较器将电脉冲转换为数字电脉冲，然后通过甄别模块进行识别匹配。从而降低杂波的影响，提高脑机接口信号的准确性与分辨率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的，一种移动车载电磁波多谱仪系统包括以下六个模块：：
光谱采集模块，负责采集所测物体反射回的电磁波并将其进行调制发送给连接的探测与信号预处理模块；
时钟模块，为移动车载电磁波多谱仪系统中的各个光谱处理单元提供并行时钟信号；
电机模块用于对探测与信号预处理模块提供动力支持；
探测与信号预处理模块，将调制分离好的电磁波分别送到对应的光谱处理单元中进行预处理并连接信息存储模块；
信息存储模块将经初步处理后的图像信息用记录介质记录下来；
GPS定位模块，用于采集和更新电子地图中的道路信息，同时记录车辆在实际道路行驶过程中的地理及建筑信息。
优选的，所述时钟模块由FPGA芯片外接上晶振器经过分频处理构成，其频率取值在1.2MHz～12MHz之间。
优选的，所述GPS定位模块尺寸长和宽皆为10～15mm,高为1.0～3.0mm。优选的，所述探测与信号预处理模块包括第一光谱处理模块，第二光谱处理模块，第三光谱处理模块，第四光谱处理模块，第五光谱处理模块和第六光谱处理模块。
优选的，所述信息存储模块由模数转换单元，信号判决单元和信号收集单元构成。
优选的，所述电机模块采用的是二相感应式步进电机，三相感应式步进电机，四相感应式步进电机和五相感应式步进电机。
优选的，一种移动车载电磁波多谱仪成像方法步骤如下：
S1：首先电源模块对时钟模块提供能量，使时钟模块工作在阈值电压En；
S2：时钟模块中的晶振模块和FPGA模块产生系统时钟频率并传给分发模块中的不同分发单元从而产生不同的时钟频率给探测与信号预处理模块；
S3：探测与信号预处理模块一方面从时钟模块得到想到的时钟频率，另一方面从光谱采集模块得到从外界采集并预处理的光谱，通过闪烁晶体模块和不同的光谱处理模块处理各个频率段的光谱并得到模拟电信号；
S4：最后信息存储模块将探测与信号预处理模块中的模拟电信号经模数转换单元，信号判决单元和信号收集单元将数字化的信号存储在图像的数据存储器中。
优选的，所述光谱采集模块由入射狭缝单元，透镜单元和准直单元组成。
优选的，所述闪烁晶体模块由12块形态结构上是完全相同的闪烁晶体组成，每个闪烁晶体都是长度为5个横截面长，中间开三个槽口，其中中间槽口长度为1个横截面，宽度为0.5个横截面，深度为1个横截面，中间槽口左右的两个槽口长度都为1个横截面，宽度为一个横截面，深度为0.5个横截面。
优选的，所述闪烁晶体模块的12块闪烁晶体组成步骤如下：
S1：首先将y1和y2平行放置，然后用y3和y4呈镜像放置且槽口303与槽口102相接，槽口302与槽口202相接，槽口403与槽口103相接，槽口402与槽口203相接，四块闪烁晶体呈井字架；
S2：同第一步，用y5，y6，y7和y8四块闪烁晶体拼成第二个井字架，其中y5，y6平行放置且槽口501与槽口101呈90°相接，且槽口601与槽口201呈90°相接；
S3：同第一步，用y9，y10，y11和y12四块闪烁晶体拼成第三个井字架，其中y9的槽口901与y3的槽口301呈90°相接，y10的槽口1001与y4的槽口401呈90°相接。
本发明的有益效果为：
本专利中采用多光谱成像技术，通过用无线电波CCD阵列、红外线CCD阵列、可见光CCD阵列、紫外线CCD阵列、X射线CCD阵列及γ射线CCD阵列六种不同的CCD阵列，可以探测到从可见光到近红外、再到中波红外甚至到太赫兹的各种单色光，这样既可以用于测矿方面，因为不同的矿石对不同的非稳定单色光的反射程度不同，所以通过多谱仪对目标矿洞进行光学跟踪与识别，灵活性好、信息量大、可追踪、柔性制造成本低，同时又可以用于测地质灾害，如地震发生前会有地裂征兆，地光异常，一般地光出现的范围较大,多在震前几小时到几分钟内出现,持续几秒钟，我们通过多谱仪就可以探测到从地下发出的地光，而且这样的多谱仪数据模式全、信息兼容性强、与现有系统集成性好。
同时，发光晶体与发光晶体之间形成大的发光晶体阵列不需要大量的光学胶水等粘合剂进行连接，不仅节省了器械的成本，同时免除粘合剂的使用一定程度上加快了光子通过发光晶体的速度，提高了最后的成像质量。
此外，通过车载多谱仪的方式充分发挥了小型实验室设备的功能，提高了现场快速分析的能力，增加了现场分析的机动性，扩展了野外空间测试范围，形成了面向资源环境调查的高效快速现场分析能力，能够获取高质量的现场分析数据，为资源勘查提供可靠的现场决策依据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种移动车载电磁波多谱仪系统示意图；
图2是本发明实施例提供的单块闪烁晶体结构示意图；
图3是本发明实施例提供的闪烁晶体模块结构示意图；
图4是本发明实施例提供的时钟模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实例一：
一种移动车载电磁波多谱仪系统包括六个模块，如图1所示，包括光谱接收模块，时钟模块，电机模块，探测与信号预处理模块，信息存储模块和GPS定位模块，
其中光谱接收模块100中的入射狭缝单元110采用直狭缝，宽度为1mm，准直单元120采用小凸面反射镜。
如图4所示，时钟模块200中的晶振模块210采用100MHz的晶振，分发模块220采用ad芯片，FPGA模块产生pll时钟输出给ad分发芯片。
电机模块300采用四相八拍的感应式步进电机，其相数参数设置为4，电压参数设置为12V，电流参数设置为0.38A，机身长参数设置为40mm，出轴长参数设置为20mm，电机齿数为20。
如图2所示，探测与信号预处理模块400中的每个闪烁晶体都是长度为5个横截面长，中间开三个槽口，其中中间槽口长度为1个横截面，宽度为0.5个横截面，深度为1个横截面，中间槽口左右的两个槽口长度都为1个横截面，宽度为一个横截面，深度为0.5个横截面，其中横截面长取5mm，最后组成如图3所示的闪烁晶体阵列；光栅模块420采用每毫米刻线2500条的光栅；第一光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为6～200nm，第二光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为190～400nm，第三光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为380～800nm，第四光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为780nm～2.5um，第五光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为2.4～40um，第六光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为40um～1mm。
信息存储模块500中的模数转换模块510采用的12位A/D高速转换芯片，然后经数字抽样判决器后进入信号收集模块530中，其中信号收集模块530采用USB存储器中。
实例二：
一种移动车载电磁波多谱仪系统包括六个模块，如图1所示，包括光谱接收模块，时钟模块，电机模块，探测与信号预处理模块，信息存储模块和GPS定位模块，
其中光谱接收模块100中的入射狭缝单元110采用直狭缝，宽度为1mm，准直单元120采用小凸面反射镜。
如图4所示，时钟模块200中的晶振模块210采用100MHz的晶振，分发模块220采用ad芯片，FPGA模块产生pll时钟输出给ad分发芯片。
电机模块300采用四相八拍的感应式步进电机，其相数参数设置为4，电压参数设置为12V，电流参数设置为0.38A，机身长参数设置为40mm，出轴长参数设置为20mm，电机齿数为20。
如图2所示，探测与信号预处理模块400中的每个闪烁晶体都是长度为5个横截面长，中间开三个槽口，其中中间槽口长度为1个横截面，宽度为0.5个横截面，深度为1个横截面，中间槽口左右的两个槽口长度都为1个横截面，宽度为一个横截面，深度为0.5个横截面，其中横截面长取6mm，最后组成如图3所示的闪烁晶体阵列；光栅模块420采用每毫米刻线2500条的光栅；第一光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为6～200nm，第二光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为190～400nm，第三光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为380～800nm，第四光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为780nm～2.5um，第五光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为2.4～40um，第六光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为40um～1mm。
信息存储模块500中的模数转换模块510采用的12位A/D高速转换芯片，然后经数字抽样判决器后进入信号收集模块530中，其中信号收集模块530采用USB存储器中。
实例三：
一种移动车载电磁波多谱仪系统包括六个模块，如图1所示，包括光谱接收模块，时钟模块，电机模块，探测与信号预处理模块，信息存储模块和GPS定位模块，
其中光谱接收模块100中的入射狭缝单元110采用直狭缝，宽度为1mm，准直单元120采用小凸面反射镜。
如图4所示，时钟模块200中的晶振模块210采用100MHz的晶振，分发模块220采用ad芯片，FPGA模块产生pll时钟输出给ad分发芯片。
电机模块300采用四相八拍的感应式步进电机，其相数参数设置为4，电压参数设置为12V，电流参数设置为0.38A，机身长参数设置为40mm，出轴长参数设置为20mm，电机齿数为20。
如图2所示，探测与信号预处理模块400中的每个闪烁晶体都是长度为5个横截面长，中间开三个槽口，其中中间槽口长度为1个横截面，宽度为0.5个横截面，深度为1个横截面，中间槽口左右的两个槽口长度都为1个横截面，宽度为一个横截面，深度为0.5个横截面，其中横截面长取7mm，最后组成如图3所示的闪烁晶体阵列；光栅模块420采用每毫米刻线2500条的光栅；第一光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为6～200nm，第二光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为190～400nm，第三光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为380～800nm，第四光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为780nm～2.5um，第五光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为2.4～40um，第六光谱处理模块中的CCD阵列的光谱响应范围为40um～1mm。
信息存储模块500中的模数转换模块510采用的12位A/D高速转换芯片，然后经数字抽样判决器后进入信号收集模块530中，其中信号收集模块530采用USB存储器中。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种移动车载电磁波多谱仪系统，其特征在于，系统包括以下六个模块：
光谱采集模块，负责采集所测物体反射回的电磁波并将其进行调制发送给连接的探测与信号预处理模块；
时钟模块，为移动车载电磁波多谱仪系统中的各个光谱处理单元提供并行时钟信号；
电机模块用于对探测与信号预处理模块提供动力支持；
探测与信号预处理模块，将调制分离好的电磁波分别送到对应的光谱处理单元中进行预处理并连接信息存储模块；
信息存储模块将经初步处理后的图像信息用记录介质记录下来；
GPS定位模块，用于采集和更新电子地图中的道路信息，同时记录车辆在实际道路行驶过程中的地理及建筑信息。
2.根据权利要求1所述的一种移动车载电磁波多谱仪系统，其特征在于，所述时钟模块由FPGA芯片外接上晶振器经过分频处理构成，其频率取值在1.2MHz～12MHz之间。
3.根据权利要求1所述的一种移动车载电磁波多谱仪系统，其特征在于，所述电机模块采用的是二相感应式步进电机，三相感应式步进电机，四相感应式步进电机和五相感应式步进电机。
4.根据权利要求1所述的一种移动车载电磁波多谱仪系统，其特征在于，所述探测与信号预处理模块包括第一光谱处理模块，第二光谱处理模块，第三光谱处理模块，第四光谱处理模块，第五光谱处理模块和第六光谱处理模块。
5.根据权利要求1所述的一种移动车载电磁波多谱仪系统，其特征在于，所述信息存储模块由模数转换单元，信号判决单元和信号收集单元构成。
6.根据权利要求1所述的一种移动车载电磁波多谱仪系统，其特征在于，所述GPS定位模块尺寸长和宽皆为10～15mm,高为1.0～3.0mm。
7.一种移动车载电磁波多谱仪成像方法，其特征在于，成像步骤如下：
S1：首先电源模块对时钟模块提供能量，使时钟模块工作在阈值电压En；
S2：时钟模块中的晶振模块和FPGA模块产生系统时钟频率并传给分发模块中的不同分发单元从而产生不同的时钟频率给探测与信号预处理模块；
S3：探测与信号预处理模块一方面从时钟模块得到想到的时钟频率，另一方面从光谱采集模块得到从外界采集并预处理的光谱，通过闪烁晶体模块和不同的光谱处理模块处理各个频率段的光谱并得到模拟电信号；
S4：最后信息存储模块将探测与信号预处理模块中的模拟电信号经模数转换单元，信号判决单元和信号收集单元将数字化的信号存储在图像的数据存储器中。
8.根据权利要求7所述的一种移动车载电磁波多谱仪成像方法，其特征在于，所述光谱采集模块由入射狭缝单元，透镜单元和准直单元组成。
9.根据权利要求7所述的一种移动车载电磁波多谱仪成像方法，其特征在于，所述闪烁晶体模块由12块形态结构上是完全相同的闪烁晶体组成，每个闪烁晶体都是长度为5个横截面长，中间开三个槽口，其中中间槽口长度为1个横截面，宽度为0.5个横截面，深度为1个横截面，中间槽口左右的两个槽口长度都为1个横截面，宽度为一个横截面，深度为0.5个横截面。
10.根据权利要求7所述的一种移动车载电磁波多谱仪成像方法，其特征在于，所述闪烁晶体模块的12块闪烁晶体组成步骤如下：
S1：首先将y1和y2平行放置，然后用y3和y4呈镜像放置且槽口303与槽口102相接，槽口302与槽口202相接，槽口403与槽口103相接，槽口402与槽口203相接，四块闪烁晶体呈井字架；
S2：同第一步，用y5，y6，y7和y8四块闪烁晶体拼成第二个井字架，其中y5，y6平行放置且槽口501与槽口101呈90°相接，且槽口601与槽口201呈90°相接；
S3：同第一步，用y9，y10，y11和y12四块闪烁晶体拼成第三个井字架，其中y9的槽口901与y3的槽口301呈90°相接，y10的槽口1001与y4的槽口401呈90°相接。
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