CN113639865A - 光谱成像装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供的光谱成像装置和方法，属于光学成像领域。该装置包括：镜头、光谱探测器、图像传感器、驱动机构，其中，光谱探测器用于对经过所述镜头的光线进行处理，以得到包含预设波长的第一光信号；图像传感器包括像素阵列，像素阵列的部分像素上设置有带通滤波器，带通滤波器对所述第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号，当所述第二光信号对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，所述驱动机构用于根据第一驱动信号，调整所述光谱探测器允许通过的光波波长，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变。本申请实施例可以用于提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

Description

光谱成像装置和方法

技术领域

本申请实施例涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光谱成像装置和方法。

背景技术

高光谱图像是在光谱维度上进行了细致的分割，因此通过高光谱设备获取到的图像可以得到每个像素点的光谱数据。由于高光谱成像技术可以获取被检测物体的空间信息和光谱信息，从而被广泛地应用于各种检测领域。

现有的高光谱成像技术，一般是在高光谱图像传感器芯片上镀膜，将镀有相同波长膜的像素的图像信号结合在一起，得到N帧不同波长的高光谱图像，然后依次调节光谱探测器允许通过的光波波长。

但是，这种方式的高光谱图像传感器的制作工艺难度大，空间分辨率低，光谱探测器的精度容易受到外界的干扰，从而影响光谱成像的质量。

发明内容

本申请实施例提供一种光谱成像装置和方法，提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

第一方面，本申请实施例提供一种光谱成像装置，包括：

镜头、光谱探测器、图像传感器、驱动机构，其中：

所述光谱探测器用于对经过所述镜头的光线进行处理，以得到包含预设波长的第一光信号；

所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列的部分像素上设置有带通滤波器，所述带通滤波器用于对所述第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号；

当所述第二光信号对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，所述驱动机构用于根据第一驱动信号，调整所述光谱探测器允许通过的光波波长，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变。

在本可能的设计中，通过图像传感器获取该图像传感器像素阵列上设置的带通滤波器输出的第二光信号所对应的预测波长，当该预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，驱动机构根据控制器生成的第一驱动信号调整光谱探测器允许通过的光波波长。从而实现对光谱探测器允许通过波长的反馈调整，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变，有效地提升了光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，所述光谱探测器还包括：控制器；所述控制器用于获取所述预测波长与目标波长的误差；当所述预测波长与所述目标波长的误差不小于预设范围时，所述控制器向所述驱动机构发送所述第一驱动信号。

在本可能设计中，控制器可以集成在光谱探测器中，也可以设置在光谱探测器外部。控制器通过获取预测波长和目标波长之间的误差，生成第一驱动信号，通过该第一驱动信号控制驱动机构对光谱探测器允许通过的光波波长进行调整，直到预测波长和目标波长的误差在预设范围内。从而可以针对第二光信号对应的预测波长，对光谱探测器允许通过的波长进行动态调整，提升光谱探测器的精度。

在一种可能的设计中，所述控制器用于获取所述预测波长与目标波长的误差时，具体用于：

根据光电转换电路将所述预测波长转换为对应的波长数值；

将所述预测波长对应的波长数值与目标波长对应的波长数值相减，得到所述预测波长与目标波长的误差。

在本可能的设计中，控制器通过将获取到的预测波长和目标波长分别转换为对应的波长数值，并将预测波长对应的波长数值与目标波长对应的波长数值相减，得到所述预测波长与目标波长的误差。从而可以将预测波长和目标波长之间的误差通过具体的数值进行表征，提高误差评估的准确性。

在一种可能的设计中，所述光谱探测器包括两枚反射镜，所述驱动机构用于：根据第一驱动信号，缩小或者增大所述光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离，以调整所述光谱探测器允许通过的光波波长。可选地，本可能设计中的光谱探测器包括：微机电加工工艺制作法布里珀罗腔型近红外光谱探测器，所述驱动机构与法珀腔内的两枚反射镜连接。

在本可能的设计中，当第二光信号所对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，说明光谱探测器允许通过的光波波长出现了偏差。此时，驱动机构可以根据控制器生成的第一驱动信号，缩小或者增大所述光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离，从而可以调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变，有效地提升了光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，所述带通滤波器以所述图像传感器的中心为基准，均匀对称地分布在所述图像传感器上。

在本可能的设计中，将带通滤波器以图像传感器的中心为基准，均匀对称地分布在图像传感器上，这样正常情况下处于对称位置的带通滤波器所接收到的光信号应该一致。若对称位置的带通滤波器所接收到的光信号不一致，则说明光谱探测器中的光器件出现了形变或者倾斜等等情况。这种设计方式可以对光谱探测器进行光学性能检测，以方便后续对光谱探测器内部的光学器件进行相应的调整，从而提高光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，所述带通滤波器包括：N个滤波器；且所述N个滤波器对应的带通波长不同，N为大于1的自然数。

在本可能的设计中，带通滤波器对应的带通波长不同，则其过滤的光波波长也不同，通过设置不同波长的N个滤波器可以得到不同波长的光信号。通过将N个滤波器输出的光信号转换为像素值，则可以建立像素值和波长之间的映射关系。从而可以在得到N个滤波器输出光信号的像素值时，直接得到经过光谱探测器的预测波长。

在一种可能的设计中，不同带通波长的滤波器组成一组滤波器单元，所述滤波器单元以所述图像传感器的中心为基准，均匀对称地分布在所述图像传感器上。

在本可能的设计中，通过将不同带通波长的滤波器组成一组滤波器单元，并以图像传感器的中心为基准，均匀对称地分布在所述图像传感器上。从而可以基于对称位置处的滤波器单元输出的光信号是否一致，来判断光谱探测器的光学性能，以方便后续对光谱探测器内部的光学器件进行相应的调整，从而提高光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，所述控制器，还用于：

将所述带通滤波器输出的第二光信号，转换为对应的像素值；

根据所述像素值，从参照表中查找与所述像素值对应的预测波长；其中，所述参照表中预先存储有像素值与预测波长之间的对应关系。

在本可能的设计中，可以通过已知波长的光源进行不同光波波长的测试，从而建立参照表。例如将不同波长光信号经过带通滤波器输出的第二光信号，转换为对应的像素值，然后建立带通滤波器像素值与光源发出的光波波长之间的映射关系，从而得到像素值与预测波长之间的对应关系。实现在得到带通滤波器输出光信号的像素值时，直接得到经过光谱探测器的预测波长。

在一种可能的设计中，

当所述预测波长与所述目标波长的误差小于预设范围时，所述图像传感器执行图像采集动作，得到所述第一光信号对应的光谱图像。

在本可能的设计中，若预测波长与目标波长的误差小于预设范围，则说明光谱探测器运行通过的光波波长即为预设的值，因此，不需要对光谱探测器进行调整。此时，图像传感器可以直接进行图像采集，得到第一光信号对应的光谱图像。这种方式略去了驱动机构对光谱探测器的调整步骤，从而可以准确、迅速地获取到高质量的图像。

在一种可能的设计中，若所述第一光信号对应的波长范围包含所述第二光信号对应的波长范围；所述图像传感器具体用于：

将所述第一光信号转换为第一电信号；

将所述第二光信号转换为第二电信号；

在所述第一电信号中滤除所述第二电信号，生成单一波长的光谱图像。

在本可能的设计中，经过光谱探测器的光可以不是单一波长。例如第一光信号对应的波长范围包含第二光信号对应的波长范围时，通过将第一光信号转换为第一电信号；将第二光信号转换为第二电信号；然后在第一电信号中滤除所述第二电信号，即可以得到单一波长的光谱图像。这种方式可以在不改变光谱探测器的前提下，获取到单一波长的光谱图像。

在一种可能的设计中，所述预测波长为带通滤波器对应的M个第二光信号对应的波长，M为大于1的自然数。

在本可能的设计中，预测波长为M个带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长。可选地，获取对称位置上的带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长，并将该预测波长发送给控制器。从而可以由控制器对对称位置上的预测波长进行分析，辅助判断光谱探测器的光学性能。例如，可以基于对称位置处的带通滤波器输出的第二光信号是否一致，来判断光谱探测器的光学性能，以方便后续对光谱探测器内部的光学器件进行相应的调整，从而提高光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，所述控制器具体用于：

若M个所述第二光信号对应的预测波长不相同，则生成第二驱动信号；其中，所述第二驱动信号用于指示所述驱动机构调整所述光谱探测器的法珀腔内的两枚反射镜的倾斜角度。

在本可能的设计中，当对称位置处的带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长不相同时，说明法珀腔内的两枚反射镜存在倾斜的情况，此时可以通过控制器生成的第二驱动信号指示驱动机构增大或缩小光谱探测器的法珀腔内的两枚反射镜的倾斜角度。从而提高光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，还包括：光源，所述光源设置在所述镜头前方，用于生成预设波长间隔的光线。

在本可能的设计中，在镜头前方设置光源生成预设波长间隔的光线，从而可以测试光谱探测器对不同光波波长的光信号的处理能力。可选地，还可以通过已知波长的光源进行不同光波波长的测试，从而建立参照表。例如将不同波长光信号经过带通滤波器输出的第二光信号，转换为对应的像素值，然后建立带通滤波器像素值与光源发出的光波波长之间的映射关系，从而得到像素值与预测波长之间的对应关系。实现在得到带通滤波器输出光信号的像素值时，直接得到经过光谱探测器的预测波长。

在一种可能的设计中，所述目标波长包括：从光谱探测器出厂参数中选定的波长，和/或光谱探测器正常工作状态下测量得到的波长。

在本可能的设计中，在光谱探测器出厂时，厂商会提供光谱探测器允许通过的波长列表，因此可以在波长列表中选定一个波长作为目标波长。也可以将经过校验的同型号光谱探测器在正常工作状态下测量得到的波长作为目标波长。带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长和目标波长之间的误差，可以用于准确判定光谱探测器精度。从而为光谱探测器的调整提供参考依据。

第二方面，本申请实施例提供一种光谱成像方法，所述方法应用在光谱成像装置中，所述光谱成像装置包括：镜头、光谱探测器、图像传感器、驱动机构；所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列的部分像素上设置有带通滤波器；光线经过所述镜头和所述光谱探测器之后得到包含预设波长的第一光信号；所述第一光信号经过所述带通滤波器之后得到第二光信号；所述方法包括：

当所述第二光信号对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，向所述驱动机构发送第一驱动信号；

控制所述驱动机构根据所述第一驱动信号调整所述光谱探测器允许通过的光波波长，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变。

在本可能的设计中，通过获取该图像传感器像素阵列上设置的带通滤波器输出的第二光信号所对应的预测波长，当该预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，驱动机构根据控制器生成的第一驱动信号调整光谱探测器允许通过的光波波长。从而实现对光谱探测器允许通过波长的反馈调整，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变，有效地提升了光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，在控制所述驱动机构调整所述光谱探测器允许通过的光波波长之前，所述方法还包括：

获取所述预测波长与所述目标波长的误差。

在本可能设计中，通过获取预测波长和目标波长之间的误差，生成第一驱动信号，通过该第一驱动信号控制驱动机构对光谱探测器允许通过的光波波长进行调整，直到预测波长和目标波长的误差在预设范围内。从而可以针对第二光信号对应的预测波长，对光谱探测器允许通过的波长进行动态调整，提升光谱探测器的精度。

在一种可能的设计中，所述获取所述预测波长与所述目标波长的误差，包括：

根据光电转换电路将所述预测波长转换为对应的波长数值；

将所述预测波长对应的波长数值与目标波长对应的波长数值相减，得到所述预测波长与目标波长的误差。

在本可能的设计中，通过将获取到的预测波长和目标波长分别转换为对应的波长数值，并将预测波长对应的波长数值与目标波长对应的波长数值相减，得到所述预测波长与目标波长的误差。从而可以将预测波长和目标波长之间的误差通过具体的数值进行表征，提高误差评估的准确性。

在一种可能的设计中，所述控制所述驱动机构根据所述第一驱动信号调整所述光谱探测器允许通过的光波波长，包括：

根据所述第一驱动信号，控制所述驱动机构缩小或者增大所述光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离，以调整所述光谱探测器允许通过的光波波长。

在本可能的设计中，当第二光信号所对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，说明光谱探测器允许通过的光波波长出现了偏差。此时，驱动机构可以根据第一驱动信号，缩小或者增大所述光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离，从而可以调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变，有效地提升了光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，所述方法还包括：

将经过所述带通滤波器后的第二光信号，转换为对应的像素值；

根据所述像素值，从参照表中查找与所述像素值对应的预测波长；其中，所述参照表中预先存储有像素值与预测波长之间的对应关系。

在本可能的设计中，可以通过已知波长的光源进行不同光波波长的测试，从而建立参照表。例如将不同波长光信号经过带通滤波器输出的第二光信号，转换为对应的像素值，然后建立带通滤波器像素值与光源发出的光波波长之间的映射关系，从而得到像素值与预测波长之间的对应关系。实现在得到带通滤波器输出光信号的像素值时，直接得到经过光谱探测器的预测波长。

在一种可能的设计中，所述方法还包括：

当所述预测波长与所述目标波长的误差小于预设范围时，则执行图像采集动作，得到所述第一光信号对应的光谱图像。

在本可能的设计中，若预测波长与目标波长的误差小于预设范围，则说明光谱探测器运行通过的光波波长即为预设的值，因此，不需要对光谱探测器进行调整。此时，图像传感器可以直接进行图像采集，得到第一光信号对应的光谱图像。这种方式略去了驱动机构对光谱探测器的调整步骤，从而可以准确、迅速地获取到高质量的图像。

在一种可能的设计中，所述方法还包括：

若所述第一光信号对应的波长范围包含所述第二光信号对应的波长范围，则将所述第一光信号转换为第一电信号，以及将所述第二光信号转换为第二电信号；

在所述第一电信号中滤除所述第二电信号，生成单一波长的光谱图像。

在本可能的设计中，经过光谱探测器的光可以不是单一波长。例如第一光信号对应的波长范围包含第二光信号对应的波长范围时，通过将第一光信号转换为第一电信号；将第二光信号转换为第二电信号；然后在第一电信号中滤除所述第二电信号，即可以得到单一波长的光谱图像。这种方式可以在不改变光谱探测器的前提下，获取到单一波长的光谱图像。

在一种可能的设计中，所述预测波长为带通滤波器对应的M个第二光信号对应的波长，M为大于1的自然数。

在本可能的设计中，预测波长为M个带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长。可选地，获取对称位置上的带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长，并将该预测波长发送给控制器。从而可以由控制器对对称位置上的预测波长进行分析，辅助判断光谱探测器的光学性能。例如，可以基于对称位置处的带通滤波器输出的第二光信号是否一致，来判断光谱探测器的光学性能，以方便后续对光谱探测器内部的光学器件进行相应的调整，从而提高光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，所述方法还包括：

若M个所述第二光信号对应的预测波长不相同，则生成第二驱动信号；其中，所述第二驱动信号用于指示所述驱动机构调整所述光谱探测器的法珀腔内的两枚反射镜的倾斜角度。

在本可能的设计中，当对称位置处的带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长不相同时，说明法珀腔内的两枚反射镜存在倾斜的情况，此时可以根据第二驱动信号指示驱动机构增大或缩小光谱探测器的法珀腔内的两枚反射镜的倾斜角度。从而提高光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

在一种可能的设计中，所述目标波长包括：从光谱探测器出厂参数中选定的波长，和/或光谱探测器正常工作状态下测量得到的波长。

在本可能的设计中，在光谱探测器出厂时，厂商会提供光谱探测器允许通过的波长列表，因此可以在波长列表中选定一个波长作为目标波长。也可以将经过校验的同型号光谱探测器在正常工作状态下测量得到的波长作为目标波长。带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长和目标波长之间的误差，可以用于准确判定光谱探测器精度。从而为光谱探测器的调整提供参考依据。

在一种可能的设计中，所述光谱成像装置还包括：控制器，所述控制器用以执行如第二方面中任一项所述的光谱成像方法。

在本可能的设计中，控制器可以集成在光谱探测器中，也可以设置在光谱探测器外部。控制器用于获取预测波长和目标波长之间的误差，生成第一驱动信号，通过该第一驱动信号控制驱动机构对光谱探测器允许通过的光波波长进行调整，直到预测波长和目标波长的误差在预设范围内。从而可以针对第二光信号对应的预测波长，对光谱探测器允许通过的波长进行动态调整，提升光谱探测器的精度。

第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括：存储器和控制器，所述存储器用于存储程序指令，所述控制器用于调用存储器中的程序指令执行第二方面本申请实施例所述的光谱成像方法。应理解，处理器可以由电路实现，例如，专用硬件电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)等。

第四方面，本申请实施例提供一种终端，包括第一方面中任一项所述的光谱成像装置，电源，以及控制器，所述控制器用于控制所述光谱成像装置执行如第三方面本申请实施例所述的光谱成像方法。

本申请中，由于在图像传感器的部分像素上设置有带通滤波器，因此可以通过带通滤波器获取到的光信号来预测经过光谱探测器的光信号的波长，当预测波长和目标波长的误差不在预设范围内时，调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得该光波波长与目标波长基本一致，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

附图说明

图1为本申请实施例提供的光谱成像的一种应用场景示意图；

图2为本申请一实施例提供的一种光谱成像装置的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的一种图像传感器的结构示意图；

图4为申请一实施例提供的一种滤波器单元的结构示意图；

图5为光谱探测器因温度变化而出现形变的原理示意图；

图6为本申请另一实施例提供的一种光谱成像装置的结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的一种光谱成像方法的流程示意图；

图8为本申请另一实施例提供的一种光谱成像方法的流程示意图；

图9为本申请又一实施例提供的一种光谱成像方法的流程示意图；

图10为本申请实施例的光谱探测器倾斜程度的检测原理示意图；

图11为本申请一实施例提供的一种成像设备的结构示意图。

具体实施方式

图1为本申请实施例提供的光谱成像的一种应用场景示意图，如图1所示，可以通过高光谱成像系统对水果的外部品质和内部品质进行检测，该高光谱成像系统包括：镜头110、光谱探测器120、图像传感器130、驱动机构140以及光源160。其中，图像传感器130的部分像素上设置有带通滤波器；光谱探测器120用于对经过镜头110的光线进行处理，以得到包含预设波长的第一光信号；带通滤波器用于对第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号。当第二光信号对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，驱动机构140用于根据第一驱动信号，调整光谱探测器120允许通过的光波波长，使得光谱探测器120允许通过的光波波长维持不变。

在一种可选的实施方式中，光谱成像装置还可以包括控制器150。需要说明的是，控制器150可以设置在光谱成像装置内部，可以与光谱成像装置独立开来设置。

在一种可选的实施方式中，控制器150用于获取预测波长与目标波长的误差；当预测波长与所述目标波长的误差不小于预设范围时，控制器150向驱动机构140发送所述第一驱动信号；驱动机构140根据第一驱动信号，调整光谱探测器120允许通过的光波波长。参见图1，高光谱成像系统生成的图像不仅包含色彩信息，还包括光谱信息。例如，在光谱维度上设置N个通道，在光谱维度上展开，可以获得图像上每个点的光谱数据以及任一段光谱的影像信息。高光谱成像技术融合了传统的成像和光谱技术的优点，可以同时获取被检测物体的空间信息和光谱信息，因此该技术既可以检测物体的外部品质，又可以像光谱技术一样检测物体的内部品质和品质安全。

以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解：

1)MEMS-FPI(MEMS-FPI NIR Spectrum Sensor)微机电加工工艺制作法布里珀罗腔型近红外光谱探测器，利用法布里珀罗标准具进行分光，是一款超小型、低成本的光谱探测器产品。

2)图像传感器，是利用光电器件的光电转换功能，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。与光敏二极管，光敏三极管等"点"光源的光敏元件相比，图像传感器是将其受光面上的光像，分成许多小单元，将其转换成可用的电信号的一种功能器件。

图2为本申请一实施例提供的一种光谱成像装置的结构示意图，如图2所示，本实施例中的装置可以包括：镜头110、光谱探测器120、图像传感器130、驱动机构140、控制器150；其中，图像传感器130包括像素阵列，像素阵列的部分像素上设置有带通滤波器；光谱探测器120用于对经过镜头110的光线进行处理，得到包含预设波长的第一光信号；设置在像素阵列上的带通滤波器用于对第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号；图像传感器130用于获取第二光信号对应的预测波长；控制器150用于获取预测波长与目标波长的误差，当两者误差不小于预设范围时，生成第一驱动信号；驱动机构140用于根据第一驱动信号，调整光谱探测器120允许通过的光波波长。其中，预设波长的波长范围大于预测波长的波长范围，目标波长是指光谱探测器正常工作时设置的参考波长。具体地，可以设置光谱探测器的目标波长为1600nm，光谱探测器的允许通过的光谱范围为1550nm～1850nm(即预设波长)。那么经过光谱探测器的第一光信号中应用包含预设波长为1550nm～1850nm的光信号。进一步地，假设图像传感器的像素阵列上的带通滤波器允许通过的光谱范围为1580nm～1620nm，那么经过该带通滤波器的第二光信号中包含波长位于1580nm～1620nm范围内的光信号，获取该光信号对应的预测波长。例如，图像传感器得到第二光信号对应的预测波长为1590nm，将该预测波长与目标波长1600nm进行比较，得到误差为-10nm。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际应用情况对误差的预设范围进行设置，一般认为偏差在20nm以内，或者偏差在50nm以内时，可以不对光谱探测器进行调整。

需要说明的是，本可选的实施方式中不限定图像传感器130上像素阵列的排布方式。图3展示了一种图像传感器的像素阵列结构，如图3所示，像素单元为正方形结构，正方形的像素单元均匀地布设在图像传感器上。设置在图像传感器部分像素上的带通滤波器用于对光信号进行过滤，其只允许一定范围内的光信号通过。具体地，例如一种集成式的带通滤波器，其包括一金属层，金属层中形成贯通的纳米孔或者微米孔阵列，根据纳米孔或者微米孔的直径与光波波长、折射率之间的关系，来设计带通滤波器允许通过的光波波长，达到滤波的效果。这个集成式的带通滤波器的结构非常小，因此可以被嵌入图像传感器的像素上。

需要说明的是，本可选的实施方式中不限定光谱探测器的具体类型。例如可以应用在微机电加工工艺制作的法布里珀罗腔型近红外光谱探测器、红外高光谱探测器、安道尔光谱探测器，以及包含光声腔的微型光声探测器等等设备中。

在一种可选的实施方式中，可以在图像传感器130上嵌入含有光学带通滤波器的像素单元，然后根据该像素单元输出的信号来计算到达该图像传感器130的光信号的光波波长，最后将光波波长反馈给控制器150，以使得控制器150可以控制驱动机构140来调整光谱探测器120允许通道的光波波长。例如，可以通过驱动机构140调整光谱探测器120内部光学器件的布设距离和/或者设置角度来改变光谱探测器120允许通过的光波波长。

在一种可选的实施方式中，带通滤波器按照一定的规律嵌入到图像传感器130上，理论上，在图像传感器上的任一像素位置嵌入带通滤波器均可以实现本实施例中的方案。因此，本实施例不限定带通滤波器在图像传感器130上的嵌入位置以及嵌入的数量。

示例性的，可以带通滤波器被均匀地嵌入到图像传感器130上，例如可以以图像传感器130的中心为基准，均匀对称地分布在图像传感器130上。

示例性的，由于图像传感器130上的带通滤波器按照中心对称方式均匀地设置在图像传感器上。控制器150可以分别获取对称位置上的带通滤波器对应的两路第二光信号；获取两路第二光信号对应的预测波长。若两路第二光信号对应的预测波长不相同，则生成第二驱动信号；其中，第二驱动信号用于指示驱动机构调整光谱探测器120的两枚反射镜的倾斜角度。

在一种可选的实施方式中，当按照中心对称的方式嵌入带通滤波器时，可以根据对称位置处的带通滤波器所采集到的第二光信号对应的像素值是否相同，来判断光谱探测器120是否出现倾斜。

具体地，对图像传感器上对称位置(例如上下对称，或者左右对称)嵌入的相同带通波长的带通滤波器的多个像素值进行比对。以MEMS-FPI为例，假设在同一MEMS-FPI的驱动条件下，原则上它们应该是相同或很接近的。可以通过参照表推算出各个波长，如果对称位置处检测到的波长的差异大于容许值，说明光谱探测器120的两个反射镜出现倾斜，将差异该反馈给控制器，计算出对应的驱动电压信号，以使得驱动机构根据该驱动电压信号调整反射镜的倾斜角度。

图3为本申请一实施例提供的一种图像传感器的结构示意图，如图3所示，带通滤波器按照中心对称方式嵌入图像传感器的像素单元中，不同带通波长的滤波器构成滤波器单元131，该滤波器单元131以图像传感器的中心为基准，均匀对称地分布在图像传感器上。

图4为申请一实施例提供的一种滤波器单元的结构示意图，如图4所示，滤波器单元131包括：第一滤波器1301、第二滤波器1302、第三滤波器1303、第四滤波器1304；且第一滤波器1301、第二滤波器1302、第三滤波器1303、第四滤波器1304对应的带通波长不同。

需要说明的是，本实施例不限定图像传感器130上带通滤波器的数量以及各个带通滤波器的带通波长。

具体地，参见图3、图4，第一滤波器1301、第二滤波器1302、第三滤波器1303、第四滤波器1304之间间隔预设的距离。由第一滤波器1301、第二滤波器1302、第三滤波器1303、第四滤波器1304组成的滤波器单元131之间也间隔预设的距离。

示例性的，图像传感器130可以采用黑白无镀膜的图像传感器，且黑白无镀膜的图像传感器的部分像素上设置有带通滤波器。具体地，可以在现有的黑白无镀膜的图像传感器的像素上嵌入光学带通滤波器，当处于带通范围内的光信号经过该带通滤波器时，进行光电转换，生成相应的电信号。

示例性的，带通滤波器输出的第二光信号，转换为对应的像素值；根据像素值，从参照表中查找与像素值对应的预测波长；其中，参照表中预先存储有像素值与预测波长之间的对应关系。

在一种可选的实施方式中，在图像传感器出厂之前，通过专门的光谱一对图像传感器上的带通滤波器进行光谱测试，得到在不通的光谱波长下，带通滤波器输出的像素值，从而建立波长与像素值之间的对应关系，将该对应关系存储到参照表中。

表1

表1为预测波长与不同带通滤波器输出的像素值之间的对应关系。参照表可根据实际厂家的光谱分光设备采集得到。具体地，控制光源发出不同波长的光波，获取图像传感器上嵌入的带通滤波器的像素输出的数据信号(第一滤波器输出的数据信号记为λa、第二滤波器输出的数据信号记为λb、第三滤波器输出的数据信号记为λc、第四滤波器输出的数据信号记为λd)，这样光源发出的光线以一定间隔的波长进行扫描，然后将光源扫描的波长和各个带通滤波器的像素输出的数据信号整理成参照表。当知晓λa、λb、λc、λd的具体数值时，可以通过参照表查找对应的波长。

具体地，包含不同波长的光线经过镜头110之后到达光谱探测器120，光谱探测器120为谐波可调器件，用于对经过镜头110的光线进行滤波处理，得到第一光信号。该第一光信号到达图像传感器130上的带通滤波器，带通滤波器对第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号；图像传感器130将第二光信号转换为对应的像素值，然后通过参照表找到与该像素值对应的波长。将查找到的波长作为第二光信号对应的预测波长。控制器150接收图像传感器130发送的预测波长，并将该预测波长与目标波长进行比较，根据比较结果，生成第一驱动信号。控制器150将第一驱动信号发送给驱动机构140，以使得驱动机构140根据第一驱动信号，调整光谱探测器120允许通过的光波波长。

示例性的，若预测波长与目标波长的误差小于预设范围，则执行图像采集动作，得到第一光信号对应的光谱图像。

在一种可选的实施方式中，若预测波长与目标波长的误差小于预设范围，说明光谱探测器120允许通过的光波波长与目标波长基本一致，因此完成对光谱探测器120的调整，执行图像采集动作，得到第一光信号对应的光谱图像。

示例性的，若第一光信号对应的波长范围包含第二光信号对应的波长范围；还可以将第一光信号转换为第一电信号；将第二光信号转换为第二电信号；在第一电信号中减去第二电信号，生成单一波长的光谱图像。

在一种可选的实施方式中，光谱探测器120、图像传感器130、驱动机构140、控制器150构成一个闭环控制系统，控制器150将图像传感器130检测到的预测波长与目标波长进行比较，根据比较结果生成第一驱动信号，然后控制驱动机构140对光谱探测器120进行调整。这时光线经过调整后的光谱探测器120到达图像传感器130，图像传感器130重新检测预测波长，然后发送给控制器150，直到预测波长与目标波长之间的误差小于预设范围，停止对光谱探测器120的调整。

在实际应用中，驱动机构140一般是通过静电和压电方式进行驱动，当环境温度发生变化时，驱动机构容易受温度影响，使得其调整光谱探测器120的精度受到影响。而采用本实施例中的闭环控制方式，可以精确地调整光谱探测器120允许通过的光波波长为目标波长，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

以MEMS-FPI为例，在实际应用中，随着温度的改变，MEMS-FPI的反射镜的反射膜会出现变形，从而影响通过光波的波长。因此在对图像数据采集的同时，也对嵌入的带通滤波器的像素值进行分析。温度变化会导致像素值也发生变化，将此将像素值的变化量反馈给控制器，推算出MEMS-FPI的驱动电压，调节MEMS-FPI，使通过MEMS-FPI的光波波长为设定值。从而可以避免外界环境对光谱探测器的影响，保证光谱探测器的精度。

图5为光谱探测器因温度变化而出现形变的原理示意图，如图5所示，MEMS-FPI的法珀腔内上一层反射镜受外界环境的影响发生了形变(例如环境温度的变化)，使得两枚反射两端的距离与反射镜中部的距离不同，例如两侧的距离为d，中间的距离小于d。此时，经过光谱探测器120的光信号到达图像传感器130，并被嵌在图像传感器130上的带通滤波器接收。如图5所示，首先将形变前滤波器单元的像素值作为基准值，然后采集使用一段时间后相同位置的滤波器单元的像素值。如图5所示，第二次采集到的像素值与基准值存在差异，说明光谱探测器存在形变。在实际应该中，可以根据采集到的像素值与基准值之间的差异，生成针对驱动机构的第二驱动信号，以调整MEMS-FPI的法珀腔内的两枚反射镜之间的距离，从而保证光谱探测器的精确度。

示例性的，光谱探测器120可以采用MEMS-FPI，驱动机构140可以采用驱动马达，该驱动马达与MEMS-FPI的法珀腔内的两枚反射镜连接。在实际应用中，驱动马达根据控制器150生成的第一驱动信号，调整MEMS-FPI中两枚反射镜之间的距离，以修正光谱探测器120允许通过的光波波长。

在一种可选的实施方式中，控制方式可以对环境温度或者其他原因引入的误差进行及时修正，保证光谱探测器120的调整精度。因此，本实施例不需要在MEMS-FPI中添加间距检测器，用来检测MEMS-FPI的两个发射镜之间的距离，也无需设置温度传感器来采集环境温度，从而简化了光谱成像装置的结构。

具体地，MEMS-FPI结构中包含一个可调谐滤波器，该滤波器本质上就是一个F-P腔(法珀腔)。其光谱响应范围为1550nm-1850nm，对应的驱动电压为0-38V的锯齿波电压。通常此类驱动电源的设计是采用运放芯片设计放大电路，然后对微控制器控制D/A输出的电压进行放大。实际应用中，控制器150根据预测波长和目标波长之间的比较结果生成驱动电压信号，并将该驱动电压信号传输给驱动马达，以控制驱动马达调节MEMS-FPI的法珀腔内的两枚反射镜之间的距离。

本实施例，通过在图像传感器的部分像素上设置带通滤波器，因此可以通过带通滤波器获取到的光信号来预测经过光谱探测器的光信号的波长，当预测波长和目标波长的误差不在预设范围内时，调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得该光波波长与目标波长基本一致，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

图6为本申请另一实施例提供的一种光谱成像装置的结构示意图，如图6所示，本实施例中的装置可以包括：镜头110、光谱探测器120、图像传感器130、驱动机构140、控制器150以及光源160；光源160设置在镜头110前方，用于生成预设波长间隔的光线。其中，图像传感器130的部分像素上设置有带通滤波器；光谱探测器120用于对经过镜头110的光线进行滤波处理，得到第一光信号；带通滤波器用于对第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号；图像传感器130用于获取第二光信号对应的预测波长；控制器150用于根据预测波长与目标波长之间的比较结果，生成第一驱动信号；驱动机构140用于根据第一驱动信号，调整光谱探测器120允许通过的光波波长。

在一种可选的实施方式中，首先打开光源160，光源160发出的光线经过镜头110、光谱探测器120之后到达图像传感器130，图像传感器130上的带通滤波器检测到达图像传感器130的光波波长，并将该光波波长作为预测波长发送给控制器150。控制器150将图像传感器130检测到的预测波长与目标波长进行比较，根据比较结果生成第一驱动信号，然后控制驱动机构140对光谱探测器120进行调整。这时光线经过调整后的光谱探测器120到达图像传感器130，图像传感器130重新检测预测波长，然后发送给控制器150，直到预测波长与目标波长之间的误差小于预设范围，停止对光谱探测器120的调整。这样的闭环控制方式，可以精确地调整光谱探测器120允许通过的光波波长为目标波长，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

示例性的，以MEMS-FPI的光谱探测器为例，控制器分别与光源、镜头、MEMS-FPI以及图像传感器通信连接。首先，控制器控制光源开启，光源发出的光线依次经过镜头、MEMS-FPI到达图像传感器，图像传感器上的带通滤波器输出相应光信号，将该光信号转换为对应的像素值；然后通过查表法，找到该像素值对应的预测波长。图像传感器将预测波长发送给控制器，若该预测波长不是目标波长，或者两者的误差不小于预设范围，则根据预测波长与目标波长之间的差值生成驱动电压信号。控制器将该驱动电压信号发送给与MEMS-FPI电连接的驱动马达，驱动马达根据驱动电压信号调整MEMS-FPI中两枚反射镜之间的距离，直到图像传感器检测到的光波波长为目标波长。

示例性的，当图像传感器检测到的光波波长为目标波长时，图像传感器执行图像采集动作，并将采集到的图像通过接口传输给外部设备。

在一种可选的实施方式中，由于光源160可以发出不同波长的光线，因此可以通过调整光源160发出的光的波长进行粗略调整，减少后续对光谱探测器130的调整次数。也可以通过对光源160的调整，实现不同光谱的图像采集。

本实施例，通过在图像传感器的部分像素上设置带通滤波器，因此可以通过带通滤波器获取到的光信号来预测经过光谱探测器的光信号的波长，当预测波长和目标波长的误差不再预设范围内时，调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得该光波波长与目标波长基本一致，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

图7为本申请一实施例提供的一种光谱成像方法的流程示意图，该方法应用在光谱成像装置中，光谱成像装置包括：镜头、光谱探测器、图像传感器、驱动机构；其中，图像传感器包括像素阵列，像素阵列的部分像素上设置有带通滤波器；光线经过镜头和光谱探测器之后得到包含预设波长的第一光信号；所述第一光信号经过所述带通滤波器之后得到第二光信号。如图7所示，本实施例中的方法可以包括：

S101、当第二光信号对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，向驱动机构发送第一驱动信号。

可选地，首先通过光谱探测器对经过镜头的光线进行过滤处理，得到包含预设波长的第一光信号。其中，过滤处理是指光谱探测器对经过镜头的光波波长进行带通选择，只允许预设波长的光经过光谱探测器。然后，通过获取图像传感器像素阵列上设置的带通滤波器输出的第二光信号所对应的预测波长，并获取预测波长和目标波长之间的误差。例如，可以将第二光信号，转换为对应的像素值；根据像素值，从参照表中查找与像素值对应的预测波长；其中，参照表中预先存储有像素值与预测波长之间的对应关系。具体地，在图像传感器出厂之前，通过专门的光谱一对图像传感器上的带通滤波器进行光谱测试，得到在不通的光谱波长下，带通滤波器输出的像素值，从而建立波长与像素值之间的对应关系，将该对应关系存储到参照表中。当第二光信号对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，向驱动机构发送第一驱动信号，该第一驱动信号用于指示驱动机构调整光谱探测器。

S102、控制驱动机构根据第一驱动信号调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变。

可选地，当预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，驱动机构根据第一驱动信号，缩小或者增大光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离。从而实现对光谱探测器允许通过波长的反馈调整，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变，有效地提升了光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

可选地，上述方法可以应用在图2、图6所示的光谱成像装置中。其中，预设波长的波长范围大于预测波长的波长范围，目标波长是指光谱探测器正常工作时设置的参考波长。具体地，可以设置光谱探测器的目标波长为1600nm，光谱探测器的允许通过的光谱范围为1550nm～1850nm(即预设波长)。那么经过光谱探测器的第一光信号中应用包含预设波长为1550nm～1850nm的光信号。进一步地，假设图像传感器的像素阵列上的带通滤波器允许通过的光谱范围为1580nm～1620nm，那么经过该带通滤波器的第二光信号中包含波长位于1580nm～1620nm范围内的光信号，获取该光信号对应的预测波长。例如，图像传感器得到第二光信号对应的预测波长为1590nm，将该预测波长与目标波长1600nm进行比较，得到误差为-10nm。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际应用情况对误差的预设范围进行设置，一般认为偏差在20nm以内，或者偏差在50nm以内时，可以不对光谱探测器进行调整。

需要说明的是，本可选的实施方式中不限定图像传感器130上像素阵列的排布方式。图3展示了一种图像传感器的像素阵列结构，如图3所示，像素单元为正方形结构，正方形的像素单元均匀地布设在图像传感器上。设置在图像传感器部分像素上的带通滤波器用于对光信号进行过滤，其只允许一定范围内的光信号通过。具体地，例如一种集成式的带通滤波器，其包括一金属层，金属层中形成贯通的纳米孔或者微米孔阵列，根据纳米孔或者微米孔的直径与光波波长、折射率之间的关系，来设计带通滤波器允许通过的光波波长，达到滤波的效果。这个集成式的带通滤波器的结构非常小，因此可以被嵌入图像传感器的像素上。

需要说明的是，本可选的实施方式中不限定光谱探测器的具体类型。例如可以应用在微机电加工工艺制作的法布里珀罗腔型近红外光谱探测器、红外高光谱探测器、安道尔光谱探测器，以及包含光声腔的微型光声探测器等等设备中。

在一种可选的实施方式中，通过光谱探测器对经过镜头的光线进行滤波处理，得到第一光信号，然后通过图像传感器上的带通滤波器对第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号。当预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，驱动机构根据第一驱动信号调整光谱探测器允许通过的光波波长。

示例性的，若光谱探测器采用MEMS-FPI，则根据第一驱动信号，调整两枚反射镜之间的距离，以修正光谱探测器允许通过的光波波长。

示例性的，若第一光信号对应的波长范围包含第二光信号对应的波长范围，则将第一光信号转换为第一电信号，以及将第二光信号转换为第二电信号；在第一电信号中减去第二电信号，生成单一波长的光谱图像。

具体地，以MEMS-FPI为例，在MEMS-FPI的两枚反射镜之间的间隔为d时，假设波长为λ1，λ2，λ3，λ4的波长均可以通过，并且λ1～λ4为整数倍的关系。如果在应用中光源的波长范围超过λ1，λ2之间的波长范围时，λ1，λ2都会通过MEMS-FPI到达图像传感器，这样λ1，λ2的波长信号都会被光电转换。此时通过图像传感器嵌入的带通滤波器可测出λ1及λ2的分量，然后在光电转换后的信号中减掉λ1或λ2的分量，从而得到单一波长的光谱图像信号。

本实施例，通过在图像传感器的部分像素上设置带通滤波器，因此可以通过带通滤波器获取到的光信号来预测经过光谱探测器的光信号的波长，当预测波长和目标波长不在预设的范围内时，调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得该光波波长与目标波长基本一致，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

图8为本申请另一实施例提供的一种光谱成像方法的流程示意图，该方法应用在光谱成像装置中，光谱成像装置包括：镜头、光谱探测器、图像传感器、驱动机构；其中，图像传感器包括像素阵列，像素阵列的部分像素上设置有带通滤波器；光线经过镜头和光谱探测器之后得到包含预设波长的第一光信号；所述第一光信号经过所述带通滤波器之后得到第二光信号。如图8所示，本实施例中的方法可以包括：

S201、获取预测波长与目标波长的误差。

在步骤S201中，通过获取预测波长和目标波长之间的误差，生成第一驱动信号，通过该第一驱动信号控制驱动机构对光谱探测器允许通过的光波波长进行调整，直到预测波长和目标波长的误差在预设范围内。从而可以针对第二光信号对应的预测波长，对光谱探测器允许通过的波长进行动态调整，提升光谱探测器的精度。

可选地，根据光电转换电路将所述预测波长转换为对应的波长数值；将预测波长对应的波长数值与目标波长对应的波长数值相减，得到预测波长与目标波长的误差。从而可以将预测波长和目标波长之间的误差通过具体的数值进行表征，提高误差评估的准确性。

S202、当第二光信号对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，向驱动机构发送第一驱动信号。

在步骤S202中，目标波长包括：从光谱探测器出厂参数中选定的波长，和/或光谱探测器正常工作状态下测量得到的波长。在光谱探测器出厂时，厂商会提供光谱探测器允许通过的波长列表，因此可以在波长列表中选定一个波长作为目标波长。也可以将经过校验的同型号光谱探测器在正常工作状态下测量得到的波长作为目标波长。带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长和目标波长之间的误差，可以用于准确判定光谱探测器精度。从而为光谱探测器的调整提供参考依据。

S203、控制驱动机构根据第一驱动信号调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变。

在步骤S203中，当第二光信号所对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，说明光谱探测器允许通过的光波波长出现了偏差。此时，驱动机构可以根据第一驱动信号，缩小或者增大所述光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离，以调整所述光谱探测器允许通过的光波波长。使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变，有效地提升了光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

可选地，上述步骤S202～步骤S203的具体实现过程和原理与图7所示方法中步骤S101～步骤S102的具体实现过程和原理类似，此处不再赘述。

S204、若预测波长与目标波长的误差小于预设范围，则执行步骤S205；否则，返回执行步骤S201。

可选地，在步骤S204中，通过对预测波长与目标波长的误差是否小于预设范围，分别执行不同的操作。当预测波长与目标波长的误差不小于预设范围，则生成第一驱动信号，用以指示驱动机构缩小或者增大光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离。驱动机构根据第一驱动信号，缩小或者增大光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离，从而实现对光谱探测器允许通过的光波波长的调整。

S205、执行图像采集动作，得到第一光信号对应的光谱图像。

可选地，在步骤S205中，若预测波长与目标波长的误差小于预设范围，则说明光谱探测器运行通过的光波波长即为预设的值，因此，不需要对光谱探测器进行调整。此时，图像传感器可以直接进行图像采集，得到第一光信号对应的光谱图像。这种方式略去了驱动机构对光谱探测器的调整步骤，从而可以准确、迅速地获取到高质量的图像。

可选地，上述方法可以应用在图2、图6所示的光谱成像装置中。

在一种可选的实施方式中，将获取第二光信号对应的预测波长与目标波长之间的误差，当误差不在预设范围内时，生成第一驱动信号，然后控制驱动机构对光谱探测器进行调整。这时光线经过调整后的光谱探测器到达图像传感器，图像传感器重新检测预测波长，然后发送给控制器，直到预测波长与目标波长之间的误差小于预设范围，停止对光谱探测器的调整。这样的闭环控制方式，可以精确地调整光谱探测器允许通过的光波波长为目标波长，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

本实施例，通过在图像传感器的部分像素上设置带通滤波器，因此可以通过带通滤波器获取到的光信号来预测经过光谱探测器的光信号的波长，当预测波长和目标波长的误差不在预设范围内时，调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得该光波波长与目标波长基本一致，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

图9为本申请又一实施例提供的光谱成像方法的流程示意图，该方法应用在光谱成像装置中，光谱成像装置包括：镜头、光谱探测器、图像传感器、驱动机构；其中，图像传感器包括像素阵列，像素阵列的部分像素上设置有带通滤波器；光线经过镜头和光谱探测器之后得到包含预设波长的第一光信号；所述第一光信号经过所述带通滤波器之后得到第二光信号。如图9所示，本实施例中的方法可以包括：

S301、分别获取带通滤波器对应的M个第二光信号对应的预测波长。

可选地，在步骤S301中，M为大于1的自然数。当M为2的倍数时，可以分别获取对称位置上的带通滤波器对应的M个第二光信号对应的预测波长，然后根据预测波长是否相同来判断光谱探测器当前的性能，以方便后续对光谱探测器内部的光学器件进行相应的调整，从而提高光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

S302、若M个第二光信号对应的预测波长不相同，则生成第二驱动信号。

可选地，在步骤S306中，若控制器比对M个第二光信号对应的预测波长之后，发现M个第二光信号对应的预测波长不相同，则生成第二驱动信号。该第二驱动信号用以指示驱动机构调整光谱探测器中光通路上的光学器件的布设距离和/或角度。

S303、根据第二驱动信号调整光谱探测器。

可选地，在步骤S303中，驱动机构根据第二驱动信号增大或缩小光谱探测器中光通路上的光学器件的布设距离和/或角度，从而提高光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

可选地，上述方法可以应用在图2、图6所示的光谱成像装置中。

在一种可选的实施方式中，由于图像传感器上的带通滤波器按照中心对称的方式均匀地设置在图像传感器上，因此可以根据对称位置上的带通滤波器输出的第二光信号对应的预测波长是否相同来判断光谱探测器的精确度。

示例性的，以MEMS-FPI为例，图像传感器检测到的两路第二光信号对应的预测波长不相同，可能是MEMS-FPI的法珀腔内的两枚反射镜的发生了一定程度的倾斜引起的。因此，当两路第二光信号对应的预测波长不相同时，控制器生成第二驱动信号；该第二驱动信号用于指示驱动机构调整MEMS-FPI的法珀腔内的两枚反射镜的倾斜角度，从而保证光谱探测器的精确度。

图10为光谱探测器倾斜程度的检测原理示意图，如图10所示，MEMS-FPI的法珀腔内上一层反射镜相对下一层反射镜发生了倾斜，使得两枚反射两端的距离不同，左侧的距离为d，右侧的距离小于d。此时，经过光谱探测器120的光信号到达图像传感器130，并被嵌在图像传感器130上的带通滤波器接收。分别获取位于对称位置的滤波器单元的像素值，例如获取左右对称位置的滤波器单元的像素值。如图9所示，位于左右两侧的滤波器单元输出的四个像素值不同，说明了MEMS-FPI的法珀腔内的两枚反射镜出现一定程度的倾斜。在实际应该中，可以根据左右两侧的滤波器单元输出的四个像素值之间的差异，生成针对驱动机构的第二驱动信号，以调整MEMS-FPI的法珀腔内的两枚反射镜的倾斜角度，从而保证光谱探测器的精确度。

本实施例，通过在图像传感器的部分像素上设置带通滤波器，因此可以通过带通滤波器获取到的光信号来预测经过光谱探测器的光信号的波长，当预测波长和目标波长的误差不在预设范围内时，调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得该光波波长与目标波长基本一致，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

本申请实施例提供一种电子设备，包括：存储器和控制器，存储器用于存储程序指令，控制器用于调用存储器中的程序指令执行图7～图9所示的光谱成像方法。

本申请实施例提供一种终端，该终端包括图2、图6所示的光谱成像装置，电源，以及控制器，该控制器用于执行图7～图9所示的光谱成像方法。需要说明的是，本申请不限定终端的具体类型，例如终端可以包括：智能手机、光谱仪、红外摄像头等等。

图11为本申请一实施例提供的一种成像设备的结构示意图，如图11所示，控制器210、存储器220、镜头230、电源240、数据传输接口250等部件。本领域技术人员可以理解，图11中示出的成像设备的结构并不构成对成像设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

在一种可选的实施方式中，成像设备可以执行图7～图9中任一实施例中的光谱成像方法，其具体实现过程和实现原理请参见图7～图9所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。

在一种可选的实施方式中，成像设备，可以包括图2、图6所示的光谱成像装置中的各个模块，并通过图2、图5所示的光谱成像装置中的各个模块执行图7～图9中任一实施例中的光谱成像方法，其具体实现过程和实现原理请参见图7～图9所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。

存储器220可用于存储软件程序以及模块，控制器210通过运行存储在存储器220的软件程序以及模块，从而执行成像设备的各种功能应用以及数据处理。存储器220可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据摄像装置的使用所创建的数据(比如音频数据等)等。此外，存储器220可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

成像设备中的镜头230可以获取高光谱图像，其中，成像设备中的镜头230可以是一个，也可以是至少两个(图中未示出)，具体可根据实际设计需求调整。

控制器210是成像设备的控制中心，利用各种数据传输接口250和线路连接整个成像设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器220内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器220内的数据，执行成像设备的各种功能和处理数据。可选的，控制器210可包括一个或多个处理单元；优选的，控制器210可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到控制器210中。

监控设备还包括给各个部件供电的电源240(比如电池)，可选地，电源240可以通过电源管理系统与控制器210逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。

本实施例，通过在图像传感器的部分像素上设置带通滤波器，因此可以通过带通滤波器获取到的光信号来预测经过光谱探测器的光信号的波长，当预测波长和目标波长的误差不在预设范围内时，调整光谱探测器允许通过的光波波长，使得该光波波长与目标波长基本一致，从而提升光谱探测器的精度，提高光谱成像的质量。

需要说明的是，本申请实施例中的装置也可以根据其功能划分为多个模块，模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。在本申请的实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

以上为本申请提供的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (27)

1.一种光谱成像装置，其特征在于，所述装置包括：镜头、光谱探测器、图像传感器、驱动机构，其中：

所述光谱探测器用于对经过所述镜头的光线进行处理，以得到包含预设波长的第一光信号；

所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列的部分像素上设置有带通滤波器，所述带通滤波器用于对所述第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号；

当所述第二光信号对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，所述驱动机构用于根据第一驱动信号，调整所述光谱探测器允许通过的光波波长，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光谱探测器还包括：控制器；所述控制器用于获取所述预测波长与目标波长的误差；当所述预测波长与所述目标波长的误差不小于预设范围时，所述控制器向所述驱动机构发送所述第一驱动信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器用于获取所述预测波长与目标波长的误差时，具体用于：

根据光电转换电路将所述预测波长转换为对应的波长数值；

将所述预测波长对应的波长数值与目标波长对应的波长数值相减，得到所述预测波长与目标波长的误差。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述光谱探测器包括两枚反射镜，所述驱动机构用于根据第一驱动信号，调整所述光谱探测器允许通过的光波波长时，具体用于：根据所述第一驱动信号，缩小或者增大所述光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离，以调整所述光谱探测器允许通过的光波波长。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述带通滤波器以所述图像传感器的中心为基准，均匀对称地分布在所述图像传感器上。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述带通滤波器包括：N个滤波器；且所述N个滤波器对应的带通波长不同，N为大于1的自然数。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，不同带通波长的滤波器组成一组滤波器单元，所述滤波器单元以所述图像传感器的中心为基准，均匀对称地分布在所述图像传感器上。

8.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述控制器，还用于：

将所述带通滤波器输出的第二光信号，转换为对应的像素值；

根据所述像素值，从参照表中查找与所述像素值对应的预测波长；其中，所述参照表中预先存储有像素值与预测波长之间的对应关系。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其特征在于，

当所述预测波长与所述目标波长的误差小于预设范围时，所述图像传感器执行图像采集动作，得到所述第一光信号对应的光谱图像。

10.根据权利要求2-3、8中任一项所述的装置，其特征在于，若所述第一光信号对应的波长范围包含所述第二光信号对应的波长范围；所述控制器还用于：

将所述第一光信号转换为第一电信号；

将所述第二光信号转换为第二电信号；

在所述第一电信号中滤除所述第二电信号，以控制所述图像传感器生成单一波长的光谱图像。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于，

所述预测波长为带通滤波器对应的M个第二光信号对应的波长，M为大于1的自然数。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于：

若M个所述第二光信号对应的预测波长不相同，则生成第二驱动信号；其中，所述第二驱动信号用于指示所述驱动机构调整所述光谱探测器的法珀腔内的两枚反射镜的倾斜角度。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：光源，所述光源设置在所述镜头前方，用于生成预设波长间隔的光线。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述目标波长包括：从光谱探测器出厂参数中选定的波长，和/或光谱探测器正常工作状态下测量得到的波长。

15.一种光谱成像方法，其特征在于，所述方法应用在光谱成像装置中，所述光谱成像装置包括：镜头、光谱探测器、图像传感器、驱动机构；所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列的部分像素上设置有带通滤波器；光线经过所述镜头和所述光谱探测器之后得到包含预设波长的第一光信号；所述第一光信号经过所述带通滤波器之后得到第二光信号；所述方法包括：

当所述第二光信号对应的预测波长与目标波长的误差不小于预设范围时，向所述驱动机构发送第一驱动信号；

控制所述驱动机构根据所述第一驱动信号调整所述光谱探测器允许通过的光波波长，使得光谱探测器允许通过的光波波长维持不变。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在控制所述驱动机构调整所述光谱探测器允许通过的光波波长之前，所述方法还包括：

获取所述预测波长与所述目标波长的误差。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述获取所述预测波长与所述目标波长的误差，包括：

根据光电转换电路将所述预测波长转换为对应的波长数值；

将所述预测波长对应的波长数值与目标波长对应的波长数值相减，得到所述预测波长与目标波长的误差。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述驱动机构根据所述第一驱动信号调整所述光谱探测器允许通过的光波波长，包括：

根据所述第一驱动信号，控制所述驱动机构缩小或者增大所述光谱探测器中光通路上的两枚反射镜之间的距离，以调整所述光谱探测器允许通过的光波波长。

19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将经过所述带通滤波器后的第二光信号，转换为对应的像素值；

根据所述像素值，从参照表中查找与所述像素值对应的预测波长；其中，所述参照表中预先存储有像素值与预测波长之间的对应关系。

20.根据权利要求15-19中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述预测波长与所述目标波长的误差小于预设范围时，控制所述图像传感器执行图像采集动作，得到所述第一光信号对应的光谱图像。

21.根据权利要求15-20中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述第一光信号对应的波长范围包含所述第二光信号对应的波长范围，则将所述第一光信号转换为第一电信号，以及将所述第二光信号转换为第二电信号；

在所述第一电信号中滤除所述第二电信号，以控制所述图像传感器生成单一波长的光谱图像。

22.根据权利要求15-21中任一项所述的方法，其特征在于，所述预测波长为带通滤波器对应的M个第二光信号对应的波长，M为大于1的自然数。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若M个所述第二光信号对应的预测波长不相同，则生成第二驱动信号；其中，所述第二驱动信号用于指示所述驱动机构调整所述光谱探测器的法珀腔内的两枚反射镜的倾斜角度。

24.根据权利要求15-23中任一项所述的方法，其特征在于，所述目标波长包括：从光谱探测器出厂参数中选定的波长，和/或光谱探测器正常工作状态下测量得到的波长。

25.根据权利要求15-24中任一项所述的方法，其特征在于，所述光谱成像装置还包括：控制器，所述控制器用以执行如权利要求15-24中任一项所述的光谱成像方法。

26.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和控制器，所述存储器用于存储程序指令，所述控制器用于调用所述存储器中存储的程序指令执行如权利要求15-25中任一项所述的光谱成像方法。

27.一种终端，其特征在于，所述终端包括如权利要求1-14中任一项所述的光谱成像装置，电源，以及控制器，所述控制器用于控制所述光谱成像装置执行如权利要求15-25中任一项所述的光谱成像方法。

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