CN113008368A - 多光谱信息获取装置及获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多光谱信息获取装置及获取方法,其中的方法包括:S1、通过光学系统对被测目标进行光学成像形成目标图像;S2、通过长波通截止滤光片过滤掉目标图像中长波通截止滤光片非透过波段的光束;S3、旋转波轮选择不同的短波通截止滤光片,分别过滤掉目标图像中各短波通截止滤光片非透过波段的光束,形成不同的过滤图像;S4、通过图像传感器接收各过滤图像并分别转换为数字图像传送至计算机进行数据处理;S5、分别提取各数字图像的灰度值;S6、将前后两幅数字图像的灰度值相减,获得超窄带及其灰度值;S7、根据超窄带的灰度值标定出超窄带的能量,获得被测目标的多光谱信息。发明能够极大的提高多光谱信息的信噪比,且成本低、制作简单。
Description
技术领域
本发明涉及多光谱信息获取技术领域,特别涉及一种多光谱信息获取装置及获取方法。
背景技术
随着多光谱信息获取技术的快速发展,带通滤光片成为目前多光谱信息领域中的一个重要研究内容。窄带多光谱信息的获取非常适合用作激光清除或激光激发,适用于荧光显微镜、流式细胞仪和DNA测序等领域,在激光技术、光通讯技术、高分辨率成像、激光雷达、卫星遥感探测等有着广泛的应用。
传统的多光谱获取方法是将带通滤波片的波轮用于成像系统,通过控制波轮,使用不同截止波长λi(i=1,2,3…N)的滤光片,分组采集数据,然后对采集到的各个数据进行处理,得到需要的多光谱信息。该方法对获取宽带通的多光谱能够很好的满足要求,但是对于窄带多光谱信息的获取,随着带通逐渐变窄,带通效率逐渐变低,光谱的信噪比变差,传统的多光谱获取方法无法满足窄带多光谱信息的获取要求。
发明内容
本发明旨在解决传统的多光谱获取方法无法满足窄带多光谱信息获取的技术问题,提供一种多光谱信息获取装置及获取方法,以提高多光谱信息的信噪比。
为实现上述目的,本发明采用以下具体技术方案:
本发明提供一种多光谱信息获取装置,包括:
光学系统,用于对被测目标进行光学成像形成目标图像;
长波通截止滤光片,用于过滤掉目标图像中长波通截止滤光片非透过波段的光束;
短波通截止滤光片组,其包括至少两个短波通截止滤光片,分别用于过滤掉目标图像中各短波通截止滤光片非透过波段的光束;
波轮,用于装载各短波通截止滤光片,并通过旋转实现短波通截止滤光片的择一选取;当选择不同的短波通截止滤光片时,目标图像经滤波后形成不同的过滤图像;
图像传感器,用于接收各过滤图像并分别转换为数字图像;
计算机,用于采集各数字图像并进行数据处理;以及,
计算机包括灰度值提取模块、超窄带获取模块和光谱信息获取模块;其中,
灰度值提取模块用于分别提取各数字图像的灰度值;
超窄带获取模块用于将前后两幅数字图像的灰度值相减,获得超窄带及其灰度值;
光谱信息获取模块用于根据超窄带的灰度值标定出超窄带的能量,获得所述被测目标的多光谱信息。
本发明还提供一种多光谱信息获取方法,包括以下步骤:
S1、通过光学系统对被测目标进行光学成像形成目标图像;
S2、通过长波通截止滤光片过滤掉目标图像中长波通截止滤光片非透过波段的光束;
S3、旋转波轮选择不同的短波通截止滤光片,分别过滤掉目标图像中各短波通截止滤光片非透过波段的光束,形成不同的过滤图像;
S4、通过图像传感器接收各过滤图像并分别转换为数字图像传送至计算机进行数据处理;
S5、分别提取各数字图像的灰度值;
S6、将前后两幅数字图像的灰度值相减,获得超窄带及其灰度值;
S7、根据超窄带的灰度值标定出超窄带的能量,获得被测目标的多光谱信息。
本发明能够取得以下技术效果:
(1)本发明将一个长波通截止滤光片与不同截止波长的短波通截止滤光片组合使用构成不同波段的超窄带滤光片,相较于传统的超窄带滤光片能够获得不同波段的超窄带,环境适应性更强。
(2)组合而成的超窄带滤光片,相比于传统的超窄带滤光片,具备制作简单、成本低的优势。
(3)与传统的带通滤光片相比,能够提高多光谱信息的信噪比,适合于激光技术、光通讯技术、高分辨率成像、激光雷达、卫星遥感探测等领域。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的多光谱信息获取装置的结构示意图。
图2是根据本发明一个实施例的多光谱信息获取方法的流程示意图。
图3是根据本发明一个实施例的窄带滤光片的透过率示意图。
图4是根据本发明一个实施例的被测目标的多光谱信息示意图。
其中的附图标记包括:被测目标1、光学系统2、长波通截止滤光片3、波轮4、短波通截止滤光片5、图像传感器6、图像采集卡7、计算机8。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,而不构成对本发明的限制。
名词解释
窄带:长波通截止滤光片与短波通截止滤光片的重叠波段的带宽。
超窄带:不同重叠波段相减后的带宽。
为了解决超窄带滤光片制作难度大、成本高的问题,本发明将长波通截止滤光片与短波通截止滤光片组合使用,过滤掉两个截止滤光片不重叠的波段,留下两个滤光片重叠的波段来实现超窄带光谱信息的获取,以此代替超窄带滤光片进行多光谱信息的获取。相比超窄带滤光片,本发明具有制作简单、成本低等优点。
下面将对本发明实施例提供的多光谱信息获取装置及获取方法进行详细说明。
图1示出了根据本发明一个实施例的多光谱信息获取装置的结构。
如图1所示,本发明实施例提供的多光谱信息获取装置,用于获取被测目标1的多光谱信息,包括:光学系统2、长波通截止滤光片3、波轮4、短波通截止滤光片5、图像传感器6、图像采集卡7和计算机8。
被测目标1位于光学系统2的物方,光学系统2用于对被测目标1进行成像形成目标图像。光学系统2为现有技术,故在此不再赘述。
长波通截止滤光片3,放置在光学系统2的像方固定不动,用于过滤掉目标图像中长波通截止滤光片3非透过波段的光束。
多个短波通截止滤光片5构成短波通截止滤光片组,分别用于过滤掉目标图像中各短波通截止滤光片5非透过波段的光束。
每个短波通截止滤光片5与长波通截止滤光片3分别具有重叠波段,该重叠波段即为短波通截止滤光片5的截止波长与长波通截止滤光片3的截止波长之间的波段,只有重叠波段内的光束能够同时通过短波通截止滤光片5 与长波通截止滤光片3,其他波段的光束会被过滤掉,该重叠波段的带宽即为窄带的带宽。
本发明将短波通截止滤光片5与长波通截止滤光片3组合使用,以达到窄带滤波片的功能。
光学系统2所成的目标图像在经过长波通截止滤光片3与短波通截止滤光片5的过滤后形成过滤图像。
波轮4位于长波通截止滤光片3的一侧,用于装载各短波通截止滤光片 5,波轮4可以旋转,每旋转一次,切换一个短波通截止滤光片5,形成一幅过滤图像。当切换到不同的短波通截止滤光片5时,目标图像经滤波后形成不同的过滤图像。
波轮4的具体结构为现有技术,故在此不再赘述。
图像传感器6,用于接收各过滤图像并分别转换为数字图像,即将光学图像转换为数字信号。
计算机8用于通过图像采集卡7采集图像传感器6转换成的各数字图像,并对各数字图像进行数据处理,得到各超窄带宽的能量,进而获得被测目标 1的多光谱信息。
计算机8包括灰度值提取模块、超窄带获取模块和光谱信息获取模块。
灰度值提取模块用于分别提取各数字图像的灰度值。
超窄带获取模块用于将前后两幅数字图像的灰度值相减,获得超窄带及其灰度值。
超窄带获取模块用于将前后两幅数字图像中窄带的灰度值相减,获得超窄带及其灰度值。
光谱信息获取模块用于根据各超窄带的灰度值标定出各超窄带的能量,获得被测目标的多光谱信息。
对于可见光波段,可用积分球定标法进行能量的标定;对于不可见光波段,可用外置面源定标法进行能量的标定。由于积分球定标法与外置面源定标法为现有技术,故在此不再赘述。
上述详细说明了本发明实施例提供的多光谱信息获取装置的结构,与该多光谱信息获取装置相对应,本发明还提供一种利用多光谱信息获取装置进行多光谱信息获取的方法。
图2示出了根据本发明一个实施例的多光谱信息获取方法的流程。
如图2所示,本发明实施例提供的多光谱信息获取方法,包括如下步骤:
S1、通过光学系统对被测目标进行光学成像形成目标图像。
光学系统在本发明中不做具体限制,可以为任意结构的光学成像系统。
S2、通过长波通截止滤光片过滤掉目标图像中长波通截止滤光片非透过波段的光束。
例如:长波通截止滤光片的截止波长为590nm,长波通截止滤光片的透过波段为590nm~1200nm,则590nm~1200nm波段内的光束会透过长波通截止滤光片,而其它波段内的光束会被长波通截止滤光片过滤掉。
S3、旋转波轮选择不同的短波通截止滤光片,分别过滤掉目标图像中各短波通截止滤光片非透过波段的光束,形成不同的过滤图像。
短波通截止滤光片的透过波段要与长波通截止滤光片的透过波段部分重叠,即短波通截止滤光片的透过波段与长波通截止滤光片的透过波段具有重叠的波段,通过短波通截止滤光片与长波通截止滤光片的过滤,使重叠波段内的光束透过,则非重叠波段内的光束被截止。
例如:短波通截止滤光片的截止波长为780nm,透过波段为420nm~780nm,短波通截止滤光片与长波通截止滤光片的重叠波段为 590nm~780nm,该590nm~780nm波段内的光束会同时透过短波通截止滤光片与长波通截止滤光片,其它波段内的光束均无法同时透过短波通截止滤光片与长波通截止滤光片。
不同透过波段的短波通截止滤光片与同一长波通截止滤光片会形成不同的重叠波段,从而形成不同的窄带,窄带的带宽为重叠波段的带宽。
通过短波通截止滤光片与长波通截止滤光片的组合使用达到窄带滤波片的功能。
S4、通过图像传感器接收各过滤图像并分别转换为数字图像传送至计算机进行数据处理。
图像传感器可以为CCD图像传感器或CMOS图像传感器,用于将光学图像转换为数字信号,传送至计算机。
S5、分别提取各数字图像的灰度值。
如下以N个短波通截止滤光片为例进行说明。
如图3所示,长波通截止滤光片的截止波长为λ,N个短波通截止滤光片的截止波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4…λN,长波通截止滤光片与N个短波通截止滤光片形成的窄带的灰度值分别为DN1~DNN,λ~λ1为第一幅数字图像,其灰度值为DN1,λ~λ2为第二幅数字图像,其灰度值为DN3,…,λ~λN为第N 幅数字图像,其灰度值为DNN。即:
λ~λ1→DN1
λ~λ2→DN2
λ~λ3→DN3
λ~λ4→DN4
λ~λN→DNN
S6、将前后两幅数字图像的灰度值相减,获得超窄带及其灰度值。
λ1~λ2波段的带宽、λ2~λ3波段的带宽、…、λN-1-λN波段的带宽分别称之为超窄带。
将DN2-DN1获得λ1~λ2超窄带的灰度值,同理,将DN3-DN2获得λ2~λ3窄带的灰度值,以此类推,λN-1-λN超窄带的灰度值为DNN-DNN-1。
S7、根据超窄带的灰度值标定出超窄带的能量,获得被测目标的多光谱信息。
由于超窄带的带宽非常窄,因此可以将超窄带中心的波长表示为超窄带的带宽,将超窄带中心的波长的能量表示为该超窄带的能量。本发明根据超窄带的灰度值标定出超窄带中心的波长的能量,被测目标的多光谱信息即可用超窄带中心的波长与能量的关系表示,如图4所示。
对于可见光波段,可用积分球定标法进行能量的标定;对于不可见光波段,可用外置面源定标法进行能量的标定。由于积分球定标法与外置面源定标法为现有技术,故在此不再赘述。
本发明提供的多光谱信息获取方法能够获得超窄带的多光谱信息,通过间接信息处理的方式得到能量较高的光谱信息。该方法相比于带通滤光片获取光谱信息的手段,系统的信噪比更高,更易获取以实现多光谱测量,具有广阔的应用前景。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种多光谱信息获取装置,其特征在于,包括:
光学系统,用于对被测目标进行光学成像形成目标图像;
长波通截止滤光片,用于过滤掉所述目标图像中所述长波通截止滤光片非透过波段的光束;
短波通截止滤光片组,其包括至少两个短波通截止滤光片,分别用于过滤掉所述目标图像中各短波通截止滤光片非透过波段的光束;
波轮,用于装载各短波通截止滤光片,并通过旋转实现短波通截止滤光片的择一选取;当选择不同的短波通截止滤光片时,所述目标图像经滤波后形成不同的过滤图像;
图像传感器,用于接收各过滤图像并分别转换为数字图像;
计算机,用于采集各数字图像并进行数据处理;以及,
所述计算机包括灰度值提取模块、超窄带获取模块和光谱信息获取模块;其中,
所述灰度值提取模块用于分别提取各数字图像的灰度值;
所述超窄带获取模块用于将前后两幅数字图像的灰度值相减,获得超窄带及其灰度值;
所述光谱信息获取模块用于根据超窄带的灰度值标定出超窄带的能量,获得所述被测目标的多光谱信息。
2.利用权利要求1所述的多光谱信息获取装置获取多光谱信息的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、通过光学系统对被测目标进行光学成像形成目标图像;
S2、通过长波通截止滤光片过滤掉所述目标图像中所述长波通截止滤光片非透过波段的光束;
S3、旋转波轮选择不同的短波通截止滤光片,分别过滤掉所述目标图像中各短波通截止滤光片非透过波段的光束,形成不同的过滤图像;
S4、通过图像传感器接收各过滤图像并分别转换为数字图像传送至计算机进行数据处理;
S5、分别提取各数字图像的灰度值;
S6、将前后两幅数字图像的灰度值相减,获得超窄带及其灰度值;
S7、根据超窄带的灰度值标定出超窄带的能量,获得被测目标的多光谱信息。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210622 |
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