CN114419169A - 一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，涉及多波段检测领域，包括标定阶段和测量阶段；在标定阶段形成标定合成图像后，消除光路传输模块的第一层次系统误差，得到修正后的光路传输模块；消除光路传输模块的第二层次系统误差，得到需要被消除的残余色差畸变参数；在测量阶段，待测物辐射光经过修正后的光路传输模块，形成最终合成光路；多波段相机接收最终合成光路，反代入残余色差畸变参数，形成最终合成图像。本申请在标定阶段对光路传输模块中的各光学元件进行调整并消除系统误差，优化光路传输路径，如此，在对待测物进行测量时，可以提高多波段信息的接收准确性，从而能够提高成像质量。

Description

一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统

技术领域

本发明涉及多波段检测领域，更具体地，涉及一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统。

背景技术

图像监测技术由于其非接触性，且该方法响应速度快、高精度，因此在航空航天、机械制造、核能等复杂的工业环境下越来越被广泛应用。因此，提高图像监测技术的采集质量，使之在高温等恶劣阶段保持超宽测量范围和测温精度是促进工业监测发展的重要条件。

目前，由于特殊的制造工况，监测对象的演变过程往往是检测的难点，因此，在工业制造中大多采用多波段相机进行图像测量。由于测量对象辐射光各波段的能量存在差异，在实际测量过程中存在某波段信息过强或过弱的情况，如此，可能会造成整体波段不可测，影响成像质量。此外，对于不同的检测目标，其辐射光的波段信息不同，可能会存在多个波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，也会影响成像质量。因此，提出一种实现多波段相机高精度超宽动态范围成像的优化方法和系统是图像检测领域亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，可以根据测量需要灵活组装光路传输模块，实现不同波段数量的测量，且在标定阶段对光路传输模块中的各光学元件进行调整并消除系统误差，优化光路传输路径，如此，在对待测物进行测量时，可以提高多波段信息的接收准确性，从而能够提高成像质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本申请提供一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法，包括：光路传输模块和系统误差消除模块，所述光路传输模块位于多波段相机的进光侧；所述光路传输模块包括：波段信息分离与合成模块、宽动态信息调整模块、多波段精准成像调节模块；其中，所述波段信息分离与合成模块包括分离单元、合成单元、反射镜和滤光片；所述宽动态信息调整模块包括光强调节元件；所述系统误差消除模块包括标定模块、光源、宏观误差消除模块和残余色差消除模块；

所述优化方法包括标定阶段和测量阶段；

所述标定阶段包括：

在待测物位置设置所述标定模块，并利用所述光源照射所述标定模块；

在所述标定模块和所述多波段相机的进光侧之间设置所述分离单元；

利用所述分离单元对所述标定模块辐射的漫反射光进行分离，得到不同波段的反射光路和透射光路，其中，所述反射光路和所述透射光路为初级分离光路或分离准备光路；若所述反射光路或所述透射光路为分离准备光路，则分离结束；若所述反射光路或所述透射光路为初级分离光路，利用分离单元对初级分离光路进行至少一次分离，使各所述分离光路均为分离准备光路；其中，所述分离准备光路包含1个波段信息，所述初级分离光路包含m个波段信息，m为大于等于2的整数；

判断所述分离准备光路是否需要改变光轴方向：若需要改变，在所述分离准备光路上设置反射镜，利用所述反射镜对所述分离准备光路进行反射；

选取与所述分离准备光路的波段信息匹配的滤光片，利用所述滤光片对各所述分离准备光路进行波段提取，得到多个分离提取光路；判断所述分离提取光路中的光波信号的强度是否满足预定要求，若不满足预定要求，利用光强调节元件对所述分离提取光路中的光波信号的强度进行调整；其中，不同的所述宽动态信息调整模块中的所述光强调节元件不同；

选取特定波段的分离提取光路的聚焦位置为基准位置，根据所述基准位置调整其余分离提取光路上的多波段精准成像模块在所述分离提取光路中的相对位置，所述分离提取光路经过所述多波段精准成像模块后形成最终分离光路；

在需要合成的所述最终分离光路上设置多个合成单元，利用所述合成单元对各所述最终分离光路进行至少一次合成，得到标定合成光路；

所述多波段相机接收所述标定合成光路，形成标定合成图像；

利用所述宏观误差消除模块消除所述光路传输模块的第一层次系统误差，得到修正后的光路传输模块；

利用所述残余色差消除模块消除所述光路传输模块的第二层次系统误差，得到需要被消除的残余色差畸变参数；

所述测量阶段包括：

待测物辐射光经过所述修正后的光路传输模块，形成待测物最终合成光路；

所述多波段相机接收所述待测物最终合成光路，反代入所述残余色差畸变参数，形成待测物最终合成图像。

可选地，其中：

所述利用分离单元对初级分离光路进行至少一次分离，具体为：

利用分离单元对初级分离光路进行分离，得到反射光路和透射光路，判断所述反射光路和所述透射光路包含的波段信息数量：若所述反射光路或所述透射光路包含的所述波段信息数量等于1，则所述反射光路或所述透射光路为分离准备光路；若所述反射光路或所述透射光路中包含的波段信息数量大于1，则所述反射光路或所述透射光路为初级分离光路，利用所述分离单元对所述初级分离光路进行至少一次分离。

可选地，其中：

所述多波段精准成像模块包括支撑滑移架和校正透镜，所述校正透镜与所述支撑滑移架固定；

选取特定波段的分离提取光路的聚焦位置为基准位置，根据所述基准位置调整其余分离提取光路上的多波段精准成像模块在所述分离提取光路中的相对位置，具体为：

以最高或最低波段为特定波段，并选取所述最高或最低波段的分离提取光路的聚焦位置为基准位置，根据其余各波段的波长与最高或最低波段的波长差值，所述校正透镜随着所述支撑滑移架在所述分离提取光路中沿着光轴移动相应的距离，使其余所述分离提取光路的聚焦位置与所述基准位置相同。

可选地，其中：

所述波段信息分离与合成模块还包括多个调整架，利用所述调整架可调节所述分离单元、所述合成单元、所述反射镜的角度；

利用所述宏观误差消除模块消除所述光路传输模块的第一层次系统误差，具体为：所述宏观误差消除模块向所述调整架发送指令，所述调整架根据接收到的指令调节所述分离单元、所述合成单元和所述反射镜的角度，使得各个波段的标定合成图像准确重合。

可选地，其中：

利用所述残余色差消除模块消除所述光路传输模块的第二层次系统误差，具体为：

对各个波段的标定合成图像进行畸变参数反演，得到最优畸变参数；利用所述最优畸变参数对所述标定合成图像进行色差矫正。

另一方面，本申请还提供一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化系统，包括：光路传输模块和系统误差消除模块，所述光路传输模块位于多波段相机的进光侧，所述光路传输模块包括：波段信息分离与合成模块、宽动态信息调整模块、多波段精准成像调节模块；所述系统误差消除模块包括标定模块、光源、宏观误差消除模块和残余色差消除模块；

所述光源用于照射所述标定模块；

所述标定模块用于在所述光源照射时使漫反射光具有周期性图案；

所述波段信息分离与合成模块包括分离单元、反射镜和滤光片；所述分离单元用于对初级分离光路或所述标定模块辐射的漫反射光进行分离，得到分离准备光路；所述反射镜用于对需要改变光轴方向的所述分离准备光路进行反射；所述滤光片用于对各所述分离准备光路进行波段提取，得到多个分离提取光路；

所述宽动态信息调整模块包括光强调节元件，所述光强调节元件用于对所述分离提取光路中的光波信号的强度进行调整；其中，不同的所述宽动态信息调整模块中的所述光强调节元件不同；

所述多波段精准成像模块用于调节所述分离提取光路的聚焦位置，使各所述分离提取光路经过所述多波段精准成像模块后形成最终分离光路；

所述波段信息分离与合成模块还包括合成单元，所述合成单元用于在标定阶段对各所述最终分离光路进行至少一次合成，得到标定合成光路；

所述多波段相机用于接收所述标定合成光路，形成标定合成图像；

所述宏观误差消除模块用于消除所述光路传输模块的第一层次系统误差，得到修正后的光路传输模块；

所述残余色差消除模块用于消除所述光路传输模块的第二层次系统误差，得到需要被消除的残余色差畸变参数；

所述合成单元还用于在测量阶段对各所述最终分离光路进行至少一次合成，得到待测物最终合成光路；

所述多波段相机还用于接收所述待测物最终合成光路，反代入所述残余色差畸变参数，形成待测物最终合成图像。

可选地，其中：

所述多波段精准成像模块包括支撑滑移架和校正透镜，所述校正透镜与所述支撑滑移架固定；

所述支撑滑移架用于根据其余各波段的波长与最高或最低波段的波长差值，带动所述校正透镜在所述分离提取光路中沿着光轴移动相应的距离。

可选地，其中：

所述波段信息分离与合成模块还包括多个调整架；

所述调整架用于根据接收到的指令调节所述分离单元、所述合成单元和所述反射镜的角度，使得各个波段的标定合成图像准确重合。

可选地，其中：

所述宽动态信息调整模块还包括位置固定架，所述位置固定架包括开口部和环绕所述开口部的夹持部，所述光强调节元件位于所述开口部。

与现有技术相比，本发明提供的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，至少实现了如下的有益效果：

(1)本发明提供的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，光路传输模块中的各个光学元件可以根据需要灵活组装，可以满足包含不同波段数量的待测物的测量，并利用分离单元对不同的光路进行多次分离，确保分离后的光路仅包含一个波段信息，在增加光路传输模块灵活性，满足更多用户需求的同时，还能使每一个波段的信息均被采集，有利于提高成像质量。

(2)本发明提供的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，光强调节元件可以根据待测物的波段范围和波段信息强弱灵活选择，避免了由于某一波段信息过强或过弱而造成不可测的情况，有利于扩大测量范围，增加了测量的包容性，从而可以使该光路传输模块用于多种不同的测量对象，使其适用性更广，满足更多用户需求。

(3)本发明提供的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，通过多波段精准成像模块对不同波段信息的聚焦位置进行优化，使不同波段光路上的多波段精准成像模块的聚焦位置与基准位置相同，从而避免多个波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，有利于提高多波段信息的接收准确性，从而能够提高成像质量。

(4)本发明提供的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，通过宏观误差消除模块调整光路传输模块内的各个光学元件的角度，从而实现光路路径的调节，使得不同的光路可以在多波段相机的接收光轴上对准匹配，消除光路传输模块的第一层次系统误差，通过多波段精准成像模块和宏观误差消除模块共同调整多波段信息在光轴方向聚焦，从多维度提高了多波段信息的聚焦位置。此外，还利用残余色差消除模块消除光路传输模块的第二层次系统误差，多层次消除了光路传输模块的误差，有利于进一步提高图像的采集精度，从而提高成像质量。

当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1所示为本申请实施例所提供的多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法的一种流程图；

图2所示为本申请实施例所提供的标定阶段的一种流程图；

图3所示为本申请实施例所提供的测量阶段的一种流程图；

图4所示为本申请实施例所提供的标定阶段的光路布置示意图；

图5所示为本申请实施例所提供的测量阶段的光路布置示意图；

图6所示为本申请实施例所提供的测量阶段的另一种光路布置示意图；

图7所示为本申请实施例所提供的测量阶段的又一种光路布置示意图；

图8所示为本申请实施例所提供的多波段精准成像模块的一种结构示意图；

图9所示为本申请实施例所提供的多波段精准成像模块的另一种结构示意图；

图10所示为本申请实施例所提供的多波段相机高精度超宽动态成像的优化系统的一种结构示意图；

图11所示为本申请实施例所提供的宽动态信息调整模块的一种结构示意图；

图12所示为本申请实施例所提供的宽动态信息调整模块的另一种结构示意图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

由于测量对象辐射光各波段的能量存在差异，在实际测量过程中存在某波段信息过强或过弱的情况，如此，可能会造成整体波段不可测，影响成像质量。此外，对于不同的检测目标，其辐射光的波段信息不同，可能会存在多个波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，也会影响成像质量。因此，提出一种实现多波段相机高精度超宽动态范围成像的优化方法和系统是图像检测领域亟需解决的问题。

有鉴于此，本发明提供了一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，可以根据测量需要灵活组装光路传输模块，实现不同波段数量的测量，且在标定阶段对光路传输模块中的各光学元件进行调整并消除系统误差，优化光路传输路径，如此，在对待测物进行测量时，可以提高多波段信息的接收准确性，从而能够提高成像质量。

以下结合附图和具体实施例进行详细说明。

图1所示为本申请实施例所提供的多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法的一种流程图，图2所示为本申请实施例所提供的标定阶段的一种流程图，图3所示为本申请实施例所提供的测量阶段的一种流程图，图4所示为本申请实施例所提供的标定阶段的光路布置示意图，图5所示为本申请实施例所提供的测量阶段的光路布置示意图，请参考图1-图5，本申请实施例所提供的多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法，包括：光路传输模块20和系统误差消除模块40，光路传输模块20位于多波段相机30的进光侧；光路传输模块20包括：波段信息分离与合成模块21、宽动态信息调整模块22、多波段精准成像调节模块23；其中，波段信息分离与合成模块21包括分离单元211、合成单元214、反射镜212和滤光片213；宽动态信息调整模块22包括光强调节元件221；系统误差消除模块40包括标定模块41、光源(图中未示出)、宏观误差消除模块42和残余色差消除模块43；

优化方法包括步骤1标定阶段和步骤2测量阶段；

步骤1标定阶段包括：

步骤101：在待测物10位置设置标定模块41，并利用光源照射标定模块41；

步骤102：在标定模块41和多波段相机30的进光侧之间设置分离单元211；

步骤103：利用分离单元211对标定模块41辐射的漫反射光进行分离，得到不同波段的反射光路和透射光路，其中，反射光路和透射光路为初级分离光路或分离准备光路；若反射光路或透射光路为分离准备光路，则分离结束；若反射光路或透射光路为初级分离光路，利用分离单元211对初级分离光路进行至少一次分离，使各分离光路均为分离准备光路；其中，分离准备光路包含1个波段信息，初级分离光路包含m个波段信息，m为大于等于2的整数；

步骤104：判断分离准备光路是否需要改变光轴方向：若需要改变，在分离准备光路上设置反射镜212，利用反射镜212对分离准备光路进行反射；

步骤105：选取与分离准备光路的波段信息匹配的滤光片213，利用滤光片213对各分离准备光路进行波段提取，得到多个分离提取光路；

步骤106：判断分离提取光路中的光波信号的强度是否满足预定要求，若不满足预定要求，利用光强调节元件221对分离提取光路中的光波信号的强度进行调整；其中，不同的宽动态信息调整模块22中的光强调节元件221不同；

步骤107：选取特定波段的分离提取光路的聚焦位置为基准位置，根据基准位置调整其余分离提取光路上的多波段精准成像模块23在分离提取光路中的相对位置，分离提取光路经过多波段精准成像模块23后形成最终分离光路；

步骤108：在需要合成的最终分离光路上设置多个合成单元214，利用合成单元214对各最终分离光路进行至少一次合成，得到标定合成光路；

步骤109：多波段相机30接收标定合成光路，形成标定合成图像；

步骤110：利用宏观误差消除模块42消除光路传输模块20的第一层次系统误差，得到修正后的光路传输模块20；

步骤111：利用残余色差消除模块43消除光路传输模块20的第二层次系统误差，得到需要被消除的残余色差畸变参数；

步骤2：测量阶段包括：

步骤201：待测物10辐射光经过修正后的光路传输模块20，形成待测物最终合成光路；

步骤202：多波段相机30接收待测物最终合成光路，反代入残余色差畸变参数，形成待测物最终合成图像。

具体地，请参考图1-图5，本申请实施例所提供的多波段相机30高精度超宽动态成像的优化方法包括步骤1标定阶段和步骤2测量阶段，在实际的图像测量应用中，当不同待测物10辐射光的波段信息不同时，会存在某波段信息过强或过弱的问题，也会存在不同波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，上述问题均会对成像质量造成不良影响。基于此，本申请在测量之前先对光路进行标定

请参考图2和图4，在标定阶段时，首先通过步骤101在待测物所在位置设置标定模块41，当光源(图中未示出)照射标定模块41时，标定模块41可辐射具有周期性图案的漫反射光。此处的标定模块41例如可以为光栅或散光标定板。

然后在标定模块41和多波段相机30之间设置光路传输模块20，如，通过步骤102在标定模块41和多波段相机30的进光侧之间设置分离单元211，在步骤103中，分离单元211对标定模块41辐射的漫反射光进行分离，参考图5，漫反射光照射至分离单元211时，分离单元211将漫反射光分为两束光路，分别为反射光路和透射光路。根据漫反射光包含的波段信息数量不同，漫反射光经过分离单元211分离后得到的反射光路和透射光路所包含的波段信息数量不同，若反射光路或透射光路包含1个波段信息，则该反射光路或透射光路为分离准备光路，若反射光路或透射光路包含2个或2个以上波段信息，则该反射光路或透射光路为初级分离光路。

经过分离单元211分离后，若反射光路和透射光路均为分离准备光路，则分离结束，准备进入下一阶段；若反射光路或透射光路为初级分离光路，需要使该反射光路或透射光路再次经过分离单元211进行分离，直至得到的反射光路和透射光路均为分离准备光路，也即，反射光路和透射光路均只包含一个波段信息，分离结束，进入下一阶段。如图4中，漫反射光包括三个波段信息，漫反射光经过第一分离单元211分离后形成第一反射光路和第一透射光路，第一反射光路包含1个波段信息，第一透射光路包含两个波段信息，则需要对第一透射光路再次进行分离，在第一透射光路上设置第二分离单元211，透射光路经过第二分离单元211再次分离后得到第二反射光路和第二透射光路，第二反射光路和第二透射光路均包含一个波段信息，则分离结束。

分离结束后，在步骤104中判断是否需要改变分离准备光路的光轴方向当需要改变时，在分离准备光路上设置反射镜212，分离准备光路经反射镜212反射后，其光轴方向发生改变。在步骤105中，选取与分离准备光路的波段信息匹配的滤光片213，波段信息匹配是指滤光片213的带宽与需要提取的波段对应，通过滤光片213可对分离准备光路中的用于计算的波段进行提取，从而可以更精确的获取到用于计算的波段信息，此处滤光片213提取到的光路称为分离提取光路。

当在一定高温条件下同时测量不同波段的光路时，由于不同波段光路的光波信号的强度不同，则各个波段光路在接收时到达接收极限的时间不同，无法同时接收不同波段光路。基于此，本申请在步骤106中，先判断分离提取光路中的光波信号的强度是否满足预定要求，此处的预定要求指的是正常的光强接收范围。若分离提取光路中的光波信号的强度不满足预定要求，利用光强调节元件221对分离提取光路中的光波信号的强度进行调整，在不同的光路中，采用的光强调节元件221不同。例如，当分离提取光路中的光波信号的强度大于正常的光强接收范围时，则光强调节元件221选用具有一定衰减系数的光强衰减元件；当分离提取光路中的光波信号的强度小于正常的光强接收范围时，则光强调节元件221选用具有一定加强系数的光强增强元件。

需要说明的是，光强调节的衰减程度可依据所在光路中辐射信息的强弱调整，可以在系统工作前更替合适参数的光强调节元件221，或者也可在系统工作过程中进行衰减参数的调整。光强调节元件221可选取自动化步进式双轮及双轮连续式可变光衰减器，也可以用具有反馈调节功能的自动衰减片。此外，光强调节元件221可以为整体衰减元件，或者，当某一波段光路中的局部波段的光强过强，而其余波段的光强在正常接收范围内，也可以选用仅在光强过强波段衰减其余波段不变的局部光强衰减元件或者梯度衰减元件。光强调节元件221可根据实际需要进行选择，本申请对此不进行限定。本申请中光强调节元件221可以根据待测物10的波段范围和波段信息强弱灵活选择，避免了由于某一波段信息过强或过弱而造成不可测的情况，有利于扩大测量范围，增加了测量的包容性，从而可以使该光路传输模块20用于多种不同的测量对象，使其适用性更广，满足更多用户需求。

对光强进行调节后，在步骤107中，在各个分离提取光路上设置多波段精准成像模块23，选取某一波段作为特定波段，将波段信息为特定波段的分离提取光路上的多波段精准成像模块23的聚焦位置作为基准位置，调整其余分离提取光路上的多波段精准成像模块23，使其余分离提取光路上的多波段精准成像模块23的聚焦位置与基准位置相同，分离提取光路经过调整聚焦位置后的多波段精准成像模块23，形成最终分离光路。通过多波段精准成像模块23对不同波段信息的聚焦位置进行优化，使不同波段光路上的多波段精准成像模块23的聚焦位置与基准位置相同，从而避免多个波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，有利于提高多波段信息的接收准确性，从而能够提高成像质量。

调节完各个光路的聚焦位置后，利用步骤108在最终分离光路上设置合成单元214，利用合成单元214对各最终分离光路进行至少一次合成，得到标定合成光路。参考图4，第一反射光路经过反射镜212、滤光片213、光强调节元件221和多波段精准成像模块23后，形成第一最终分离光路，第二反射光路经过滤光片213、光强调节元件221和多波段精准成像模块23后，形成第二最终分离光路，在第一最终分离光路和第二最终分离光路的相交处设置第一合成单元214，二者经过第一合成单元214后形成第一合成光路。第二透射光路经过反射镜212、滤光片213、光强调节元件221和多波段精准成像模块23后，形成第三最终分离光路，在第一合成光路和第三最终分离光路的相交处设置第二合成单元214，二者经过第二合成单元214后形成的合成光路即为标定合成光路。

需要说明的是，图4仅示出了漫反射光包含3个波段信息的一种光路示意图，在实际应用中，分离单元211和合成单元214的数目与多波段相机30可接收的波段数目有关，分离单元211和合成单元214成对出现，假设多波段相机30接收波段数目为n个，则分离单元211和合成单元214分别为n-1个，其中，n为大于等于2的整数。本申请中分离单元211和合成单元214可以选用同一种元件，如都为二向色镜或半反半透镜，优选地，为了不减少各波段信息的光强，通常选用二向色镜。

请参考图4，标定合成光路在步骤109中传输至多波段相机30，多波段相机30根据接收到的标定合成光路形成标定合成图像。在本申请中，多波段相机30除了包括彩色相机、多光谱相机或高光谱相机外，还包括可以根据多波段信息计算温度、变形和形貌等物理量的测量装置。

在光路传输过程中，光路传输模块20中的各个光学元件放置的角度不同，得到的光路路径不同，若在形成最终合成光路之前，分离单元211、反射镜212和合成单元214放置角度不合适，则形成的不同波段的图像无法重合，影响成像质量。为了能够提高成像质量，多波段相机30形成标定合成图像后，将标定合成图像传输至系统误差消除模块40，其中系统误差消除模块40包括宏观误差消除模块42和残余色差消除模块43。

在步骤110中利用宏观误差消除模块42消除光路传输模块20的第一层次系统误差，如形成标定合成图像时不同波段的光路不能准确重合，则利用宏观误差消除模块42调整分离单元211、反射镜212和合成单元214的角度，从而改变光路方向，使得不同波段的标定合成光路准确重合。

需要说明的是，标定模块41发出的漫反射光包含周期性图案，如此，在进行第一层次系统误差时，通过周期性图案进行对准，即可方便的判断出不同波段的标定合成图案是否准确重合，有利于降低优化难度，从而提高工作效率。

在完成第一层次系统误差消除后，得到的图像还会存在一些微小误差，为了能够进一步消除光路传输模块20的微小误差，在步骤111中，利用残余色差消除模块43计算第二层次系统误差，此处的第二层次系统误差即指需要被消除的残余色差畸变。计算出残余色差畸变参数后，将测量得到的残余色差畸变参数反代入标定合成图像，即可消除掉测量得到的图像的残余色差畸变，得到进一步优化后的图像。此处所说的反代入，指的是将图像中存在第二层次系统误差的点，减去残余色差畸变参数，通过减去误差点处的残余色差畸变参数，即可得到进一步优化后的图像。

通过标定阶段得到修正后的光路传输模块20后，即可利用该修正后的光路传输模块20对待测物10进行测量，也即进入步骤2测量阶段。请参考图3和图5，在测量阶段时，首先通过步骤201使待测物10辐射光照射至修正后的光路传输模块20，形成待测物最终合成光路，然后再步骤202中利用多波段相机30接收待测物最终合成光路，形成待测物最终合成图像。由于修正后的光路传输模块20可以使得不同波段的光路准确重合，因此，在测量阶段时，待测物10辐射光经过修正后的光路传输模块20后，并反代入残余色差畸变参数消除残余色差，形成的不同波段的待测物最终合成光路完全重合，从而使得不同波段的待测物最终合成图像完全重合，有利于提高成像质量。

需要说明的是，在测量阶段2时，步骤201中形成待测物最终合成光路的步骤与标定阶段中形成标定合成光路的步骤相同，因此，步骤201的具体实现方式可参考步骤101至步骤108，此处不再进行赘述。

图4和图5所示仅是波段数量为3时的一种光路布置示意，在实际测量时，光路布置与波段数目有关，如图6所示为本申请实施例所提供的测量阶段的另一种光路布置示意图，请参考图6，波段数目为4，辐射光经过第一次分离后，反射光路和透射光路均包含2个波段信息，则对反射光路和透射光路都要再次进行分离，并在分离后的光路需要改变光轴方向时，设置反射镜。图7所示为本申请实施例所提供的测量阶段的又一种光路布置示意图，图6和图7中的光路传输过程与图5所示实施例相同，此处不再进行赘述。但需要注意的是，标定阶段和测量阶段对应的光路传输模块相同，其光路布置相同。

可选地，请参考图2和图4，步骤103中，利用分离单元211对初级分离光路进行至少一次分离，具体为：利用分离单元211对初级分离光路进行分离，得到反射光路和透射光路，判断反射光路和透射光路包含的波段信息数量：若反射光路或透射光路包含的波段信息数量等于1，则反射光路或透射光路为分离准备光路；若反射光路或透射光路中包含的波段信息数量大于1，则反射光路或透射光路为初级分离光路，利用分离单元211对初级分离光路进行至少一次分离。

具体地，请参考图2和图4，根据漫反射光包含的波段信息数量不同，漫反射光经过分离单元211分离后得到的反射光路和透射光路所包含的波段信息数量不同，步骤103中对初级分离光路进行至少一次分离时，判断反射光路和透射光路包含的波段信息数量，若反射光路或透射光路包含1个波段信息，则该反射光路或透射光路为分离准备光路，若反射光路或透射光路包含2个或2个以上波段信息，则该反射光路或透射光路为初级分离光路。当分离后得到的为初级分离光路，则需要对该光路再次进行分离，直至分离得到的反射光路和透射光路均为分离准备光路，也即，反射光路和透射光路均只包含一个波段信息。

本申请光路传输模块20中的各个光学元件可以根据需要灵活组装，可以满足包含不同波段数量的待测物10的测量，并利用分离单元211对不同的光路进行多次分离，确保分离后的光路仅包含一个波段信息，在增加光路传输模块20灵活性，满足更多用户需求的同时，还能使每一个波段的信息均被采集，有利于提高成像质量。

可选地，图8所示为本申请实施例所提供的多波段精准成像模块23的一种结构示意图，图9所示为本申请实施例所提供的多波段精准成像模块23的另一种结构示意图，请参考图8和图9，多波段精准成像模块23包括支撑滑移架231和校正透镜232，校正透镜232与支撑滑移架231固定；步骤107中，选取特定波段的分离提取光路的聚焦位置为基准位置，根据基准位置调整其余分离提取光路上的多波段精准成像模块23在分离提取光路中的相对位置，具体为：以最高或最低波段为特定波段，并选取最高或最低波段的分离提取光路的聚焦位置为基准位置，根据其余各波段的波长与最高或最低波段的波长差值，校正透镜232随着支撑滑移架231在分离提取光路中沿着光轴移动相应的距离，使其余分离提取光路的聚焦位置与基准位置相同。

具体地，请参考图8和图9，多波段精准成像模块23包括支撑滑移架231和校正透镜232，校正透镜232与支撑滑移架231固定。步骤107中调整分离提取光路上的多波段精准成像模块23的相对位置时，选取最高波段作为特定波段，最高波段是指漫反射光所包含的多个波段中波长最大的光路，假设漫反射光包含红光、绿光和蓝光，红光波长最大，则红光波段即为最高波段。将最高波段的分离提取光路的聚焦位置作为基准位置，将其余各波段(如蓝光波段和绿光波段)光路上的校正透镜232随着支撑滑移架231在分离提取光路中沿着光轴移动，使其余分离提取光路的聚焦位置与基准位置相同。校正透镜232的移动距离与其所在光路波段的波长和最高波段的波长差值有关。

当然，在选取特定波段时，也可以将最低波段作为特定波段，则校正透镜232的移动距离，与其所在光路波段的波长和最低波段的波长差值有关。通过将特定波段的聚焦位置作为基准位置，通过移动其余波段光路上的校准透镜，使其余波段光路的聚焦位置与基准位置相同，从而避免多个波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，有利于提高多波段信息的接收准确性，从而能够提高成像质量。

可选地，请参考图4-图7，波段信息分离与合成模块21还包括多个调整架24，利用调整架24可调节分离单元211、合成单元214、反射镜212,的角度；步骤110中，利用宏观误差消除模块42消除光路传输模块20的第一层次系统误差，具体为：宏观误差消除模块42向调整架24发送指令，调整架24根据接收到的指令调节分离单元211、合成单元214和反射镜212的角度，使得各个波段的标定合成图像准确重合。

具体地，请参考图4-图7，在光路传输过程中，各个光学元件放置的角度不同，得到的光路的路径不同，若在形成最终合成光路之前，分离单元211、反射镜212和合成单元214放置角度不合适，则形成的不同波段的图像无法重合，影响成像质量。基于此，本实施例中波段信息分离与合成模块21还包括多个调整架24，参考图4-图7，分离单元211、合成单元214和反射镜212均放置于调整架24中，利用调整架24可调节分离单元211、合成单元214和反射镜212的出光角度。在步骤110中利用宏观误差消除模块42消除光路传输模块20的第一层次系统误差时，通过宏观误差消除模块42向调整架24发送调整指令，调整架24接收到调整指令后，根据调整指令分别调节分离单元211、合成单元214和反射镜212的角度，从而改变光路传播路径，使得不同波段的标定合成光路准确重合，从而使得各个波段的标定合成图像准确重合，有利于提高多波段信息的接收准确性，进而提高成像质量。

可选地，请参考图2和图4，步骤111中利用残余色差消除模块43消除光路传输模块20的第二层次系统误差，具体为：对各个波段的标定合成图像进行畸变参数反演，得到最优畸变参数；利用最优畸变参数对标定合成图像进行色差矫正。

具体地，请参考图2和图4，在完成第一层次系统误差消除后，还会存在一些微小误差，因此，为了能够进一步消除微小误差，本申请在步骤111中，对各个波段的标定合成图像进行畸变参数反演，通过对标定合成图像进行畸变参数反演，可以得到最优畸变参数，反演得到的最优畸变参数即为该光路传输模块20的微小误差，因此，将标定合成图像中存在系统畸变误差的点减去该最优畸变参数，即可实现对图像的色差矫正，得到的图像可以认为是最优图像。本实施例在消除了第一层次系统误差后，继续进行第二层次系统误差消除，即可得到图像中存在的微小误差，通过减去该图像中存在的微小误差，实现对图像的色差矫正，得到优化后的图像。

需要说明的是，对各个波段的标定合成图像进行畸变参数反演时，先根据标定模块41已知的参数构造未畸变的初始相位场，并通过全畸变模型试凑畸变参数对构造的初始相位场进行仿射变换，可得到构造畸变相位场。通过采集标定合成图像中携带畸变参数的点阵，可得到真实畸变相位场。将构造畸变相位场与真实畸变相位场进行整体相关运算，可得到使得两个相位场最相关的畸变系数，该畸变系数即为最接近真实的畸变系数。在获取最相关的畸变系数时，可以通过粒子群优化算法，进行反复迭代优化，求解出最优畸变参数。

基于同一发明构思，本申请还提供一种多波段相机30高精度超宽动态成像的优化系统，图10所示为本申请实施例所提供的多波段相机30高精度超宽动态成像的优化系统的一种结构示意图，请参考图4-图10，本申请实施例所提供的多波段相机30高精度超宽动态成像的优化系统，包括：光路传输模块20和系统误差消除模块40，光路传输模块20位于多波段相机30的进光侧，光路传输模块20包括：波段信息分离与合成模块21、宽动态信息调整模块22、多波段精准成像调节模块23；系统误差消除模块40包括标定模块41、光源(图中未示出)、宏观误差消除模块42和残余色差消除模块43；

光源用于照射标定模块41；

标定模块41用于提供具有周期性图案的漫反射光；

波段信息分离与合成模块21包括分离单元211、反射镜212和滤光片213；分离单元211用于对初级分离光路或标定模块41辐射的漫反射光进行分离，得到分离准备光路；反射镜212用于对需要改变光轴方向的分离准备光路进行反射；滤光片213用于对各分离准备光路进行波段提取，得到多个分离提取光路；

宽动态信息调整模块22包括光强调节元件221，光强调节元件221用于对分离提取光路中的光波信号的强度进行调整；其中，不同的宽动态信息调整模块22中的光强调节元件221不同；

多波段精准成像模块23用于调节分离提取光路的聚焦位置，使各分离提取光路经过多波段精准成像模块23后形成最终分离光路；

波段信息分离与合成模块21还包括合成单元214，合成单元214用于在标定阶段对各最终分离光路进行至少一次合成，得到标定合成光路；

多波段相机30用于接收标定合成光路，形成标定合成图像；

宏观误差消除模块42用于消除光路传输模块20的第一层次系统误差，得到修正后的光路传输模块20；

残余色差消除模块43用于消除光路传输模块20的第二层次系统误差，得到需要被消除的残余色差畸变参数；

合成单元214还用于在测量阶段对各最终分离光路进行至少一次合成，得到待测物最终合成光路；

多波段相机30还用于接收待测物最终合成光路，反代入残余色差畸变参数，形成待测物最终合成图像。

具体地，请参考图4-图10，本申请实施例所提供的多波段相机30高精度超宽动态成像的优化系统100包括光路传输模块20和系统误差消除模块40，在实际的图像测量应用中，当不同待测物10辐射光的波段信息不同时，会存在某波段信息过强或过弱的问题，导致无法测量的问题，也会存在不同波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，上述问题均会对成像质量造成不良影响。基于此，本申请在测量之前先对光路进行标定。

系统误差消除模块40包括标定模块41、光源、宏观误差消除模块42和残余色差消除模块43。在标定阶段时，首先在待测物10所在位置设置标定模块41，当光源照射标定模块41时，标定模块41可辐射具有周期性图案的漫反射光。此处的标定模块41例如可以为光栅或散光标定板。

然后在标定模块41和多波段相机30之间设置光路传输模块20，如，在标定模块41和多波段相机30的进光侧之间设置分离单元211，分离单元211对标定模块41辐射的漫反射光进行分离，参考图4，漫反射光照射至分离单元211时，分离单元211将漫反射光分为两束光路，分别为反射光路和透射光路。根据漫反射光包含的波段信息数量不同，漫反射光经过分离单元211分离后得到的反射光路和透射光路所包含的波段信息数量不同，若反射光路或透射光路包含1个波段信息，则该反射光路或透射光路为分离准备光路，若反射光路或透射光路包含2个或2个以上波段信息，则该反射光路或透射光路为初级分离光路。

经过分离单元211分离后，若反射光路和透射光路均为分离准备光路，则分离结束，准备进入下一阶段；若反射光路或透射光路为初级分离光路，需要使该反射光路或透射光路再次经过分离单元211进行分离，直至得到的反射光路和透射光路均为分离准备光路，也即，反射光路和透射光路均只包含一个波段信息。分离结束后，利用反射镜212对需要改变光轴方向的分离准备光路进行反射，使得分离准备光路经反射镜212反射后，其光轴方向与多波段相机30的光轴方向一致。选取与分离准备光路的波段信息匹配的滤光片213，波段信息匹配是指滤光片213的带宽与需要提取的波段对应，通过滤光片213可对分离准备光路中的特定波段进行提取，从而可以更精确的获取到用于计算的波段信息，此处滤光片213提取到的光路称为分离提取光路。

当在一定高温条件下同时测量不同波段的光路时，由于不同波段光路的光波信号的强度不同，则各个波段光路在接收时到达接收极限的时间不同，无法同时接收不同波段光路。基于此，本申请中宽动态信息调整模块22包括光强调节元件221，当分离提取光路中的光波信号的强度没在正常的光强接收范围内时，利用光强调节元件221对分离提取光路中的光波信号的强度进行调整，且在不同的光路中，采用的光强调节元件221不同。例如，当分离提取光路中的光波信号的强度大于正常的光强接收范围时，则光强调节元件221选用具有一定衰减系数的光强衰减元件；当分离提取光路中的光波信号的强度小于正常的光强接收范围时，则光强调节元件221选用具有一定加强系数的光强增强元件。

对光强进行调节后，在各个分离提取光路上设置多波段精准成像模块23，选取某一波段作为特定波段，将波段信息为特定波段的分离提取光路上的多波段精准成像模块23的聚焦位置作为基准位置，调整其余分离提取光路上的多波段精准成像模块23，使其余分离提取光路上的多波段精准成像模块23的聚焦位置与基准位置相同，分离提取光路经过调整聚焦位置后的多波段精准成像模块23，形成最终分离光路。通过多波段精准成像模块23对不同波段信息的聚焦位置进行优化，使不同波段光路上的多波段精准成像模块23的聚焦位置与基准位置相同，从而避免多个波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，有利于提高多波段信息的接收准确性，从而能够提高成像质量。

调节完各个光路的聚焦位置后，在最终分离光路上设置合成单元214，利用合成单元214对各最终分离光路进行至少一次合成，得到标定合成光路。参考图5，第一反射光路经过反射镜212、滤光片213、光强调节元件221和多波段精准成像模块23后，形成第一最终分离光路，第二反射光路经过滤光片213、光强调节元件221和多波段精准成像模块23后，形成第二最终分离光路，在第一最终分离光路和第二最终分离光路的相交处设置第一合成单元214，二者经过第一合成单元214后形成第一合成光路。第二透射光路经过反射镜212、滤光片213、光强调节元件221和多波段精准成像模块23后，形成第三最终分离光路，在第一合成光路和第三最终分离光路的相交处设置第二合成单元214，二者经过第二合成单元214后形成的合成光路即为标定合成光路。

需要说明的是，图4仅示出了漫反射光包含3个波段信息的一种光路示意图，在实际应用中，分离单元211和合成单元214的数目与多波段相机30可接收的波段数目有关，分离单元211和合成单元214成对出现，假设多波段相机30接收波段数目为n个，则分离单元211和合成单元214分别为n-1个，其中，n为大于等于2的整数。本申请中分离单元211和合成单元214可以选用同一种元件，如都为二向色镜或半反半透镜，优选地，为了不减少各波段信息的光强，通常选用二向色镜。

标定合成光路传输至多波段相机30，多波段相机30根据接收到的标定合成光路形成标定合成图像。在本申请中，多波段相机30除了包括彩色相机、多光谱相机或高光谱相机外，还包括可以根据多波段信息计算温度、变形和形貌等物理量的测量装置。

在光路传输过程中，各个光学元件放置的角度不同，得到的光路的路径不同，若在形成最终合成光路之前，分离单元211、反射镜212和合成单元214放置角度不合适，则形成的不同波段的图像无法重合，影响成像质量。为了能够提高成像质量，多波段相机30形成标定合成图像后，将标定合成图像传输至系统误差消除模块，其中系统误差消除模块包括宏观误差消除模块42和残余色差消除模块43。

宏观误差消除模块42用于消除光路传输模块20的第一层次系统误差，如形成标定合成图像时不同波段的光路不能准确重合，则利用宏观误差消除模块42调整分离单元211、反射镜212和合成单元214的角度，从而改变光路方向，使得不同波段的标定合成光路准确重合。需要说明的是，标定模块41发出的漫反射光包含周期性图案，如此，在进行第一层次系统误差时，通过周期性图案进行对准，即可方便的判断出不同波段的标定合成图案是否准确重合，有利于降低优化难度，从而提高工作效率。

在完成第一层次系统误差消除后，还会存在一些微小误差，为了能够进一步消除光路传输模块20的微小误差，利用残余色差消除模块43计算第二层次系统误差，此处的第二层次系统误差即指需要被消除的残余色差畸变。计算出残余色差畸变参数后，将标定合成图像中反代入残余色差畸变参数，即可消除掉标定合成图像的残余色差畸变，得到进一步优化后的图像。

通过标定阶段得到修正后的光路传输模块20后，即可利用该修正后的光路传输模块20对待测物10进行测量，也即进入测量阶段。在测量阶段时，待测物10辐射光照射至修正后的光路传输模块20，形成最终合成光路，然后再利用多波段相机30接收最终合成光路，形成最终合成图像。由于修正后的光路传输模块20可以使得不同波段的光路准确重合，因此，在测量阶段时，待测物10辐射光经过修正后的光路传输模块20后，并反代入残余色差畸变参数消除残余色差，形成的不同波段的待测物最终合成光路完全重合，从而使得不同波段的待测物最终合成图像完全重合，有利于提高成像质量。

需要说明的是，在测量阶段时，形成最终合成光路的步骤与标定阶段中形成标定合成光路的步骤相同，此处不再进行赘述。此外，在标定阶段中，消除掉光路传输模块20的第一层次系统误差后，虽然可以一定程度上改善成像质量，但多波段相机30接收测量合成图像后，不可避免的还会存在一些微小误差。通过残余色差消除模块43在标定阶段反演得到的第二层次系统误差，此处的第二层次系统误差即指需要被消除的残余色差畸变，在测量得到的图像中反代入残余色差畸变参数，即可消除掉测量阶段图像的残余色差，使得待测物最终合成图像可以得到进一步优化。

可选地，请参考图8和图9，多波段精准成像模块23包括支撑滑移架231和校正透镜232，校正透镜232与支撑滑移架231固定；支撑滑移架231用于根据其余各波段的波长与最高或最低波段的波长差值，带动校正透镜232在分离提取光路中沿着光轴移动相应的距离。

具体地，请参考图8和图9，多波段精准成像模块23包括支撑滑移架231和校正透镜232，校正透镜232与支撑滑移架231固定。调整分离提取光路上的多波段精准成像模块23的相对位置时，选取最高波段作为特定波段，最高波段是指漫反射光所包含的多个波段中波长最大的光路，假设漫反射光包含红光、绿光和蓝光，红光波长最大，则红光波段即为最高波段。将最高波段的分离提取光路的聚焦位置作为基准位置，将其余各波段(如蓝光波段和绿光波段)光路上的校正透镜232随着支撑滑移架231在分离提取光路中沿着光轴移动，使其余分离提取光路的聚焦位置与基准位置相同。校正透镜232的移动距离与其所在光路波段的波长和最高波段的波长差值有关。

当然，在选取特定波段时，也可以将最低波段作为特定波段，则校正透镜232的移动距离，与其所在光路波段的波长和最低波段的波长差值有关。通过将特定波段的聚焦位置作为基准位置，通过移动其余波段光路上的校准透镜，使其余波段光路的聚焦位置与基准位置相同，从而避免多个波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，有利于提高多波段信息的接收准确性，从而能够提高成像质量。

可选地，请参考图4-图7，波段信息分离与合成模块21还包括多个调整架24；调整架24用于根据接收到的指令调节分离单元211、合成单元214和反射镜212的角度，使得各个波段的标定合成图像准确重合。

具体地，请参考图4-图7，在光路传输过程中，各个光学元件放置的角度不同，得到的光路的路径不同，若在形成最终合成光路之前，分离单元211、反射镜212和合成单元214放置角度不合适，则形成的不同波段的图像无法重合，影响成像质量。基于此，本实施例中波段信息分离与合成模块21还包括多个调整架24，分离单元211、合成单元214和反射镜212均放置于调整架24中，利用调整架24可调节分离单元211、合成单元214和反射镜212的出光角度。利用宏观误差消除模块42消除光路传输模块20的第一层次系统误差时，通过宏观误差消除模块42向调整架24发送调整指令，调整架24接收到调整指令后，根据调整指令分别调节分离单元211、合成单元214和反射镜212的角度，从而改变光路传播路径，使得不同波段的标定合成光路准确重合，从而使得各个波段的标定合成图像准确重合，有利于提高多波段信息的接收准确性，进而提高成像质量。

可选地，图11所示为本申请实施例所提供的宽动态信息调整模块的一种结构示意图，图12所示为本申请实施例所提供的宽动态信息调整模块的另一种结构示意图，请参考图11和图12，宽动态信息调整模块22还包括位置固定架220，位置固定架220包括开口部222和环绕开口部222的夹持部223，光强调节元件221位于开口部222。具体地，请参考图11，本申请中光强调节元件221可以根据待测物10的波段范围和波段信息强弱灵活选择，其可以在系统工作前更替合适参数的光强调节元件221，或者也可在系统工作过程中进行衰减参数的调整。为了能够方便的更换光强调节元件221，本实施例中宽动态信息调整模块22还包括位置固定架220，位置固定架220包括开口部222和环绕开口部222的夹持部223，将光强调节元件221设置在开口部222并利用夹持部223对光强调节元件221进行固定，能够为光强调节元件221的更换提供便利，降低操作难度。

通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：

(1)本发明提供的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，光路传输模块中的各个光学元件可以根据需要灵活组装，可以满足包含不同波段数量的待测物的测量，并利用分离单元对不同的光路进行多次分离，确保分离后的光路仅包含一个波段信息，在增加光路传输模块灵活性，满足更多用户需求的同时，还能使每一个波段的信息均被采集，有利于提高成像质量。

(2)本发明提供的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，光强调节元件221可以根据待测物的波段范围和波段信息强弱灵活选择，避免了由于某一波段信息过强或过弱而造成不可测的情况，有利于扩大测量范围，增加了测量的包容性，从而可以使该光路传输模块用于多种不同的测量对象，使其适用性更广，满足更多用户需求。

(3)本发明提供的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，通过多波段精准成像模块对不同波段信息的聚焦位置进行优化，使不同波段光路上的多波段精准成像模块的聚焦位置与基准位置相同，从而避免多个波段信息无法在同一接收面上准确聚焦的问题，有利于提高多波段信息的接收准确性，从而能够提高成像质量。

(4)本发明提供的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法和系统，通过宏观误差消除模块调整光路传输模块内的各个光学元件的角度，从而实现光路路径的调节，使得不同的光路可以在多波段相机的接收光轴上对准匹配，消除光路传输模块的第一层次系统误差，通过多波段精准成像模块和宏观误差消除模块共同调整多波段信息在光轴方向聚焦，从多维度提高了多波段信息的聚焦位置。此外，还利用残余色差消除模块消除光路传输模块的第二层次系统误差，多层次消除了光路传输模块的误差，有利于进一步提高图像的采集精度，从而提高成像质量。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法，其特征在于，所述优化方法应用于多波段相机高精度超宽动态成像的优化系统，所述优化系统包括：光路传输模块和系统误差消除模块，所述光路传输模块位于多波段相机的进光侧；所述光路传输模块包括：波段信息分离与合成模块、宽动态信息调整模块、多波段精准成像调节模块；其中，所述波段信息分离与合成模块包括分离单元、合成单元、反射镜和滤光片；所述宽动态信息调整模块包括光强调节元件；所述系统误差消除模块包括标定模块、光源、宏观误差消除模块和残余色差消除模块；

所述优化方法包括标定阶段和测量阶段；

所述标定阶段包括：

在待测物位置设置所述标定模块，并利用所述光源照射所述标定模块；

在所述标定模块和所述多波段相机的进光侧之间设置所述分离单元；

利用所述分离单元对所述标定模块辐射的漫反射光进行分离，得到不同波段的反射光路和透射光路，其中，所述反射光路和所述透射光路为初级分离光路或分离准备光路；若所述反射光路或所述透射光路为分离准备光路，则分离结束；若所述反射光路或所述透射光路为初级分离光路，利用分离单元对初级分离光路进行至少一次分离，使各所述分离光路均为分离准备光路；其中，所述分离准备光路包含1个波段信息，所述初级分离光路包含m个波段信息，m为大于等于2的整数；

判断所述分离准备光路是否需要改变光轴方向：若需要改变，在所述分离准备光路上设置反射镜，利用所述反射镜对所述分离准备光路进行反射；

选取与所述分离准备光路的波段信息匹配的滤光片，利用所述滤光片对各所述分离准备光路进行波段提取，得到多个分离提取光路；

判断所述分离提取光路中的光波信号的强度是否满足预定要求，若不满足预定要求，利用光强调节元件对所述分离提取光路中的光波信号的强度进行调整；其中，不同的所述宽动态信息调整模块中的所述光强调节元件不同；

选取特定波段的分离提取光路的聚焦位置为基准位置，根据所述基准位置调整其余分离提取光路上的多波段精准成像模块在所述分离提取光路中的相对位置，所述分离提取光路经过所述多波段精准成像模块后形成最终分离光路；

在需要合成的所述最终分离光路上设置多个合成单元，利用所述合成单元对各所述最终分离光路进行至少一次合成，得到标定合成光路；

所述多波段相机接收所述标定合成光路，形成标定合成图像；

利用所述宏观误差消除模块消除所述光路传输模块的第一层次系统误差，得到修正后的光路传输模块；

利用所述残余色差消除模块消除所述光路传输模块的第二层次系统误差，得到需要被消除的残余色差畸变参数；

所述测量阶段包括：

待测物辐射光经过所述修正后的光路传输模块，形成待测物最终合成光路；

所述多波段相机接收所述待测物最终合成光路，反代入所述残余色差畸变参数，形成待测物最终合成图像。

2.根据权利要求1所述的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法，其特征在于，所述利用分离单元对初级分离光路进行至少一次分离，具体为：

利用分离单元对初级分离光路进行分离，得到反射光路和透射光路，判断所述反射光路和所述透射光路包含的波段信息数量：若所述反射光路或所述透射光路包含的所述波段信息数量等于1，则所述反射光路或所述透射光路为分离准备光路；若所述反射光路或所述透射光路中包含的波段信息数量大于1，则所述反射光路或所述透射光路为初级分离光路，利用所述分离单元对所述初级分离光路进行至少一次分离。

3.根据权利要求1所述的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法，其特征在于，所述多波段精准成像模块包括支撑滑移架和校正透镜，所述校正透镜与所述支撑滑移架固定；

选取特定波段的分离提取光路的聚焦位置为基准位置，根据所述基准位置调整其余分离提取光路上的多波段精准成像模块在所述分离提取光路中的相对位置，具体为：

以最高或最低波段为特定波段，并选取所述最高或最低波段的分离提取光路的聚焦位置为基准位置，根据其余各波段的波长与最高或最低波段的波长差值，所述校正透镜随着所述支撑滑移架在所述分离提取光路中沿着光轴移动相应的距离，使其余所述分离提取光路的聚焦位置与所述基准位置相同。

4.根据权利要求1所述的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法，其特征在于，所述波段信息分离与合成模块还包括多个调整架，利用所述调整架可调节所述分离单元、所述合成单元、所述反射镜的角度；

利用所述宏观误差消除模块消除所述光路传输模块的第一层次系统误差，具体为：所述宏观误差消除模块向所述调整架发送指令，所述调整架根据接收到的指令调节所述分离单元、所述合成单元和所述反射镜的角度，使得各个波段的标定合成图像准确重合。

5.根据权利要求4所述的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化方法，其特征在于，利用所述残余色差消除模块消除所述光路传输模块的第二层次系统误差，具体为：

对各个波段的标定合成图像进行畸变参数反演，得到最优畸变参数；利用所述最优畸变参数对所述标定合成图像进行色差矫正。

6.一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化系统，其特征在于，包括：光路传输模块和系统误差消除模块，所述光路传输模块位于多波段相机的进光侧，所述光路传输模块包括：波段信息分离与合成模块、宽动态信息调整模块、多波段精准成像调节模块；所述系统误差消除模块包括标定模块、光源、宏观误差消除模块和残余色差消除模块；

所述光源用于照射所述标定模块；

所述标定模块用于在所述光源照射时使漫反射光具有周期性图案；

所述波段信息分离与合成模块包括分离单元、反射镜和滤光片；所述分离单元用于对初级分离光路或所述标定模块辐射的漫反射光进行分离，得到分离准备光路；所述反射镜用于对需要改变光轴方向的所述分离准备光路进行反射；所述滤光片用于对各所述分离准备光路进行波段提取，得到多个分离提取光路；

所述宽动态信息调整模块包括光强调节元件，所述光强调节元件用于对所述分离提取光路中的光波信号的强度进行调整；其中，不同的所述宽动态信息调整模块中的所述光强调节元件不同；

所述多波段精准成像模块用于调节所述分离提取光路的聚焦位置，使各所述分离提取光路经过所述多波段精准成像模块后形成最终分离光路；

所述波段信息分离与合成模块还包括合成单元，所述合成单元用于在标定阶段对各所述最终分离光路进行至少一次合成，得到标定合成光路；

所述多波段相机用于接收所述标定合成光路，形成标定合成图像；

所述宏观误差消除模块用于消除所述光路传输模块的第一层次系统误差，得到修正后的光路传输模块；

所述残余色差消除模块用于消除所述光路传输模块的第二层次系统误差，得到需要被消除的残余色差畸变参数；

所述合成单元还用于在测量阶段对各所述最终分离光路进行至少一次合成，得到待测物最终合成光路；

所述多波段相机还用于接收所述待测物最终合成光路，反代入所述残余色差畸变参数，形成待测物最终合成图像。

7.根据权利要求6所述的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化系统，其特征在于，所述多波段精准成像模块包括支撑滑移架和校正透镜，所述校正透镜与所述支撑滑移架固定；

所述支撑滑移架用于根据其余各波段的波长与最高或最低波段的波长差值，带动所述校正透镜在所述分离提取光路中沿着光轴移动相应的距离。

8.根据权利要求6所述的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化系统，其特征在于，所述波段信息分离与合成模块还包括多个调整架；

所述调整架用于根据接收到的指令调节所述分离单元、所述合成单元和所述反射镜的角度，使得各个波段的标定合成图像准确重合。

9.根据权利要求6所述的一种多波段相机高精度超宽动态成像的优化系统，其特征在于，所述宽动态信息调整模块还包括位置固定架，所述位置固定架包括开口部和环绕所述开口部的夹持部，所述光强调节元件位于所述开口部。

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