CN115598075A - 基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统及方法 - Google Patents
基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115598075A CN115598075A CN202211603041.0A CN202211603041A CN115598075A CN 115598075 A CN115598075 A CN 115598075A CN 202211603041 A CN202211603041 A CN 202211603041A CN 115598075 A CN115598075 A CN 115598075A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hyperspectral
- detection system
- light
- optical path
- imaging detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 15
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 29
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 15
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 7
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 5
- 230000006855 networking Effects 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000004456 color vision Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000003702 image correction Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
- G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/70—Denoising; Smoothing
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/10—Segmentation; Edge detection
- G06T7/11—Region-based segmentation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/10—Segmentation; Edge detection
- G06T7/136—Segmentation; Edge detection involving thresholding
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10024—Color image
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/20—Special algorithmic details
- G06T2207/20092—Interactive image processing based on input by user
- G06T2207/20104—Interactive definition of region of interest [ROI]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统及方法，该系统包括前置自动变焦镜头、半反半透光栅分光器、辅助可见光探测器、高光谱光路组件、高光谱面阵探测器、内部推扫机构、系统控制与数据存储模块、直流电源电压转换模块、局域网组网模块以及钛合金耐压壳体。该方法包括系统初始校准、系统参数设置、画面预览对焦和光谱测量存储步骤。本发明采用同轴光路双传感器通道设计实现像面一致性，可快速同步生成RGB彩色图像和高光谱图像，提高了实用性和可拓展性；并且系统整体集成度高、体积小、重量轻，方便搭载于AUV/ROV等水下移动机器人平台进行定点扫描和移动探测作业，提高了对海底目标的精细化探测识别能力。
Description
技术领域
本发明涉及海洋资源调查装备与技术应用领域，具体涉及一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统及方法。
背景技术
视像探测技术的基本原理是利用一系列的透镜将光线折射聚集在CMOS或CCD光学感应介质上，光学传感器通过某种方式把光学信号还原，最后生成的图像再用显示器进行显示。水下视像探测技术已在海洋资源调查领域中得到了广泛的应用，它是一种可以直观地对海底地形地貌、底质类型以及底栖生物群落等进行观察的手段。近年来，随着海洋资源调查的不断深入，海底目标的精细化探测成为了新的重点发展方向。然而深海海底水体环境十分复杂，被测对象往往与其周围环境中的其他物体颜色形貌相近并且互相交织分布，利用传统的RGB彩色视像技术难以将它们精准地区分开来。高光谱成像技术结合了成像技术和光谱技术，可在获取目标二维图像信息的基础上同时获取目标的一维光谱信息，能够反映出被观测对象的外形影像以及理化特征，从而实现对海底目标的精细化探测与识别。
发明内容
本发明目的在于针对海底底质、底栖生物等目标的精细化探测识别相关应用需求中现有技术的不足，本发明提供了一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一方面，本发明提供了一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，该系统包括前置自动变焦镜头、半反半透光栅分光器、辅助可见光探测器、高光谱光路组件、高光谱面阵探测器和内部推扫机构；
所述前置自动变焦镜头用于将被测物体的表面反射光进行自动聚焦；
所述半反半透光栅分光器将被测物体的表面反射光分别经过两个独立通道同步投射至辅助可见光探测器和高光谱面阵探测器；所述的辅助可见光探测器将投射过来的可见光进行光电转换后形成RGB图像，通过同步预览方式辅助判断被测物体所在具体位置；所述高光谱光路组件用于将半反半透光栅分光器的光线进行准直、色散分离以及聚焦成单色光投射至高光谱面阵探测器；所述高光谱面阵探测器用于将从高光谱光路组件投射过来的单色光形成按波长大小依次排列的光谱图像；
所述内部推扫机构用于驱动高光谱光路组件和高光谱面阵探测器在垂直于光路方向左右运动，使高光谱面阵探测器获得二维空间维度上的光谱图像。
进一步地，所述自动变焦镜头与所述辅助可见光探测器配合使用，通过检测被测物体的RGB图像轮廓边缘清晰度大小自动调整变焦镜头的焦距。
进一步地，所述半反半透光栅分光器将通过前置自动变焦镜头的反射光50%的信号量反射至辅助可见光探测器，另外50%的信号量通过高光谱光路组件透射至高光谱面阵探测器。
进一步地，所述高光谱光路组件按光路方向依次包括输入狭缝、准直透镜、色散单元和成像透镜，其中色散单元根据需要采用光栅、棱镜、滤光片中的一种或几种组合而成。
进一步地，该探测系统还具有钛合金耐压壳体，用于封装其他所有系统部件，所述钛合金耐压壳体为一体式圆柱体形状，其中前端采用透光蓝宝石承压玻璃盖，后端水密后插座端盖设置标准水密接插件底座，用于外部电源连接以及与上位机之间的数据命令传输。
进一步地，该探测系统还具有系统控制与数据存储模块，所述系统控制与数据存储模块用于对焦模式、采集帧数、白平衡系数、图像格式的设置及高光谱图像数据的本地存储。
进一步地，该探测系统还具有直流电源电压转换模块，所述直流电源电压转换模块用于提供将外部输入电源电压转换为适合探测系统工作的电压值。
进一步地，该探测系统还具有局域网组网模块，所述局域网组网模块为一个百兆/千兆网络自适应交换机，用于将前置自动变焦镜头、系统控制与数据存储模块和上位机之间组成局域网络。
进一步地，所述高光谱面阵探测器在对海底光照不足条件下工作时，需额外使用由水下LED白光灯和卤素灯组成的补光灯阵，用于进一步提高探测系统采集的光谱原始信号强度。
另一方面，本发明还提供了一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测方法，该方法包括以下步骤：
（1）系统初始校准：包括白平衡校准和暗电流校准两个部分，首先根据当前测量环境中所采用外部光源的照明条件，将成像探测系统与被测物体位置固定，选择全反射校准白板放置于测量区域，开启相机白平衡校准功能；然后将自动对焦镜头完全遮住，开启相机暗电流校准功能，消除暗电流噪声对系统成像的影响；
（2）系统参数设置：选择需要使用的光谱波长范围和光谱波段数量，设置采集帧数、白平衡系数、图像格式和数据存储相关参数；
（3）画面预览对焦：开启辅助可见光探测器获取的实时画面预览功能，选择自动或手动对焦模式调整包含被测物体的画面清晰度；
（4）光谱测量存储：开启光谱测量功能实时显示被测物体的光谱信号曲线，原始光谱测量数据将通过系统控制与数据存储模块进行同步记录，为光谱波段中的红、绿、蓝三个通道分别指定对应合适的波长值获得被测物体的伪彩色画面，使用空间像素合并模式和光谱合并模式来提高当前显示光谱曲线的平滑度；
（5）光谱图像处理：将光谱图像转成灰度图像后进行图像阈值分割运算，将被测物体的感兴趣区域ROI从黑色背景中分割出来，提取ROI 中每个像素点的高光谱反射率数据，最后将包含在ROI中的像素点对应的数据求取平均值作为被测物体的光谱信息；
（6）光谱数据消噪：分别采用归一化、标准正态变量校正和多元散射校正方法对被测物体的光谱信息进行消噪处理，消除光谱数据采集过程中由于一些环境中的干扰因素而引入的噪声干扰。
本发明的有益效果：
（1）采用同轴光路双传感器通道设计实现像面一致性，支持快速同步生成被测物体的RGB彩色图像和高光谱图像，提高了实用性和可拓展性；
（2）支持在线作业和离线作业两种工作模式，当在线应用时可通过甲板上位机远程实时数据采集和对焦控制，用于聚焦海底探测重点目标物；
（3）集成度高、体积小、重量轻，可搭载于AUV/ROV等水下移动机器人平台，兼顾海底目标的定点扫描和移动探测作业，配合不同类型目标的光谱特征库可实现海底底质与底栖生物目标的精细化探测识别。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统整体结构示意图。
图2为采用本发明提供的一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统对放置于实验室水槽中的海底底质样品进行测量的实际效果图。
图3为本发明提供的一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测方法流程图。
图4为采用本发明提供的一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测方法对不同的海底底质样品光谱测量数据处理后的对比结果图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。
在本发明的第一方面，提供了一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统。
如图1所示，该系统包括前置自动变焦镜头、半反半透光栅分光器、辅助可见光探测器、高光谱光路组件、高光谱面阵探测器、内部推扫机构、系统控制与数据存储模块、直流电源电压转换模块、局域网组网模块和钛合金耐压壳体；
其中，所述前置自动变焦镜头采用电动变焦方式实现镜头焦距的快速变换，用于将被测物体的表面反射光进行自动聚焦；所述半反半透光栅分光器采用高衍射效率的透射式光栅，将被测物体的表面反射光分别经过两个独立通道同步投射至辅助可见光探测器和高光谱面阵探测器；所述的辅助可见光探测器将投射过来的可见光进行光电转换后生成RGB图像，可通过同步预览方式辅助判断被测物体所在具体位置；所述高光谱光路组件用于将来自半反半透光栅分光器的光线进行准直、色散分离以及聚焦成单色光；所述高光谱面阵探测器采用高灵敏度面阵列，用于将从高光谱光路组件投射过来的单色光形成按波长大小依次排列的光谱图像；所述内部推扫机构用于驱动高光谱光路组件和高光谱面阵探测器在垂直于光路方向左右运动，使高光谱面阵探测器获得二维空间维度上的光谱图像；所述系统控制与数据存储模块用于探测系统相关参数的设置，包括对焦模式、采集帧数、白平衡系数、图像格式等参数设置，以及用于高光谱图像数据的本地存储；所述直流电源电压转换模块用于提供将外部输入电源电压转换为适合系统工作的电压值；所述钛合金耐压壳体用于封装上述其他所有系统部件，使系统整体具备在深海环境下正常工作的能力。所述局域网组网模块为一个小型百兆/千兆网络自适应交换机，用于将前置自动变焦镜头、系统控制与数据存储模块和上位机之间组成局域网络。
自动变焦镜头与所述辅助可见光探测器配合使用，通过检测被测物体的RGB图像轮廓边缘清晰度大小自动调整变焦镜头的焦距。
钛合金耐压壳体为一体式圆柱体形状，其中前端采用高透光蓝宝石承压玻璃盖，后端水密后插座端盖设置标准八芯以上水密接插件底座，用于外部电源连接以及与上位机之间的数据命令传输。
半反半透光栅分光器将通过前置自动变焦镜头的反射光50%的信号量反射至辅助可见光探测器，另外50%的信号量通过高光谱光路组件透射至高光谱面阵探测器。
本发明探测系统与上位机之间通过千兆以太网进行连接，支持同时传输两路同步的图像数据，即RGB图像数据和高光谱图像数据。
高光谱面阵探测器在对海底光照不足条件下工作时，需额外使用由水下高亮LED白光灯和卤素灯组成的补光灯阵，用于进一步提高探测系统采集的光谱原始信号强度。
高光谱光路组件按光路方向依次包括输入狭缝、准直透镜、色散单元和成像透镜。由半反半透光栅分光器透射的光首先进入高光谱光路中的狭缝，接着经过准直镜准直，然后再通过色散单元进行分光，最后通过成像透镜将光线聚焦在后端高光谱面阵探测器上。其中色散单元采用光栅、棱镜、滤光片中的一种或几种组合而成。
采用本发明提供的深海高光谱成像探测系统对放置于实验室水槽中的海底底质样品进行测量所得到的实际效果如图2所示，其中图中左侧为通过高光谱面阵探测器输出的高光谱图像，右侧为通过辅助可见光探测器同步输出的RGB图像。
在本发明的第二方面，提供了一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测方法，如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤1：系统初始校准
包括白平衡校准和暗电流校准两个部分，首先根据当前测量环境中所采用外部光源的照明条件，将成像探测系统与被测物体位置固定，选择全反射校准白板放置于测量区域，开启相机白平衡校准功能；然后将自动对焦镜头完全遮住，开启相机暗电流校准功能，消除暗电流噪声对系统成像的影响。
步骤2：系统参数设置
选择需要使用的光谱波长范围和光谱波段数量，设置采集帧数、白平衡系数、图像格式和数据存储相关参数。
步骤3：画面预览对焦
开启辅助可见光探测器获取的实时画面预览功能，选择前置自动变焦镜头自动或手动对焦模式调整包含被测物体的画面清晰度，如果当前画面亮度偏暗，可通过打开曝光模式和增加曝光时间进行画面修正。
步骤4：光谱测量存储
开启光谱测量功能实时显示被测物体的光谱信号曲线，原始光谱测量数据将通过系统控制与数据存储模块进行同步记录，为光谱波段中的红、绿、蓝三个通道分别指定对应合适的波长值可获得被测物体的伪彩色画面，使用空间像素合并模式和光谱合并模式来提高当前显示光谱信号曲线的平滑度。
步骤5：光谱图像处理
将光谱图像转成灰度图像后进行图像阈值分割运算，将被测物体的感兴趣区域（ROI）从黑色背景中分割出来，提取ROI 中每个像素点的高光谱反射率数据，最后将包含在ROI中的像素点对应的数据求取平均值作为被测物体的光谱信息。
步骤6：光谱数据消噪
分别采用归一化、标准正态变量校正和多元散射校正方法对被测物体的光谱信息进行消噪处理，消除光谱数据采集过程中由于一些环境中的干扰因素而引入的噪声干扰。
采用本发明提供的深海高光谱成像探测方法对5种不同的海底底质样品光谱测量数据进行处理，对应的结果如图4所示，可以明显地看出不同底质样品的反射率光谱曲线有不同的响应特征，说明本发明方法可以用来有效区分与识别不同的海底底质目标。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，其特征在于，该系统包括前置自动变焦镜头、半反半透光栅分光器、辅助可见光探测器、高光谱光路组件、高光谱面阵探测器和内部推扫机构；
所述前置自动变焦镜头用于将被测物体的表面反射光进行自动聚焦；
所述半反半透光栅分光器将被测物体的表面反射光分别经过两个独立通道同步投射至辅助可见光探测器和高光谱面阵探测器；所述的辅助可见光探测器将投射过来的可见光进行光电转换后形成RGB图像，通过同步预览方式辅助判断被测物体所在具体位置；所述高光谱光路组件用于将半反半透光栅分光器的光线进行准直、色散分离以及聚焦成单色光投射至高光谱面阵探测器；所述高光谱面阵探测器用于将从高光谱光路组件投射过来的单色光形成按波长大小依次排列的光谱图像；
所述内部推扫机构用于驱动高光谱光路组件和高光谱面阵探测器在垂直于光路方向左右运动，使高光谱面阵探测器获得二维空间维度上的光谱图像。
2.如权利要求1所述的基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，其特征在于，所述自动变焦镜头与所述辅助可见光探测器配合使用，通过检测被测物体的RGB图像轮廓边缘清晰度大小自动调整变焦镜头的焦距。
3.如权利要求1所述的基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，其特征在于，所述半反半透光栅分光器将通过前置自动变焦镜头的反射光50%的信号量反射至辅助可见光探测器，另外50%的信号量通过高光谱光路组件透射至高光谱面阵探测器。
4.如权利要求1所述的基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，其特征在于，所述高光谱光路组件按光路方向依次包括输入狭缝、准直透镜、色散单元和成像透镜。
5.如权利要求1所述的基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，其特征在于，该探测系统还具有钛合金耐压壳体，用于封装其他所有系统部件。
6.如权利要求1所述的基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，其特征在于，该探测系统还具有系统控制与数据存储模块，所述系统控制与数据存储模块用于对焦模式、采集帧数、白平衡系数、图像格式的设置及高光谱图像数据的本地存储。
7.如权利要求1所述的基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，其特征在于，该探测系统还具有直流电源电压转换模块，所述直流电源电压转换模块用于提供将外部输入电源电压转换为适合探测系统工作的电压值。
8.如权利要求6所述的基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，其特征在于，该探测系统还具有局域网组网模块，所述局域网组网模块为一个百兆/千兆网络自适应交换机，用于将前置自动变焦镜头、系统控制与数据存储模块和上位机之间组成局域网络。
9.如权利要求1所述的基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统，其特征在于，所述高光谱面阵探测器在对海底光照不足条件下工作时，需额外使用由水下LED白光灯和卤素灯组成的补光灯阵，用于进一步提高探测系统采集的光谱原始信号强度。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统的基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）系统初始校准：包括白平衡校准和暗电流校准两个部分，首先根据当前测量环境中所采用外部光源的照明条件，将成像探测系统与被测物体位置固定，选择全反射校准白板放置于测量区域，开启相机白平衡校准功能；然后将自动对焦镜头完全遮住，开启相机暗电流校准功能，消除暗电流噪声对系统成像的影响；
（2）系统参数设置：选择需要使用的光谱波长范围和光谱波段数量，设置采集帧数、白平衡系数、图像格式和数据存储相关参数；
（3）画面预览对焦：开启辅助可见光探测器获取实时画面，通过前置自动变焦镜头调整被测物体的画面清晰度；
（4）光谱测量存储：开启光谱测量功能实时显示被测物体的光谱信号曲线，原始光谱测量数据将通过系统控制与数据存储模块进行同步记录，为光谱波段中的红、绿、蓝三个通道分别指定对应合适的波长值获得被测物体的伪彩色画面；
（5）光谱图像处理：将光谱图像转成灰度图像后进行图像阈值分割运算，将被测物体的感兴趣区域ROI从黑色背景中分割出来，提取ROI 中每个像素点的高光谱反射率数据，最后将包含在ROI中的像素点对应的数据求取平均值作为被测物体的光谱信息，并对光谱信息进行消噪处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211603041.0A CN115598075B (zh) | 2022-12-14 | 2022-12-14 | 基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211603041.0A CN115598075B (zh) | 2022-12-14 | 2022-12-14 | 基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115598075A true CN115598075A (zh) | 2023-01-13 |
| CN115598075B CN115598075B (zh) | 2023-03-31 |
Family
ID=84854255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211603041.0A Active CN115598075B (zh) | 2022-12-14 | 2022-12-14 | 基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115598075B (zh) |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110205536A1 (en) * | 2008-05-21 | 2011-08-25 | Ntnu Technoogy Transfer As | Underwater hyperspectral imaging |
| WO2017041335A1 (zh) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | 南京华图信息技术有限公司 | 一种全光学波段图谱协同探测动目标的装置和方法 |
| CN106525244A (zh) * | 2016-10-13 | 2017-03-22 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种红外融合视觉探测系统 |
| CN107238437A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-10-10 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种自动对焦高光谱成像仪 |
| CN108051088A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-18 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 用于水下探测的高光谱高空间分辨积分视场光谱成像系统 |
| CN108151879A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-06-12 | 四川双利合谱科技有限公司 | 一种基于光谱分析的目标分类识别检测系统 |
| US20200170226A1 (en) * | 2017-05-29 | 2020-06-04 | Ecotone As | Method and System for Underwater Hyperspectral Imaging of Fish |
| CN111579498A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-08-25 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 基于推扫成像的高光谱内窥成像系统 |
| CN111795933A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-20 | 浙江大学 | 一种基于振镜扫描的多模式双通道成像检测系统 |
| CN112067125A (zh) * | 2019-06-11 | 2020-12-11 | 海南大学 | 基于水下机器人的双通道高光谱检测系统 |
| CN112098343A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于etl新型自对焦一体化高光谱成像探测系统 |
| CN112816420A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-05-18 | 中国科学院海洋研究所 | 适用于水下的高光谱成像分析仪 |
| CN112880829A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-06-01 | 中国海洋大学 | 一种适配水下多种观测平台的自扫描式高光谱成像系统及使用方法 |
| CN113989143A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-28 | 中国海洋大学 | 一种基于推扫式水下高光谱原始图像的高精度快速检焦方法 |
| CN114494039A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-05-13 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种水下高光谱推扫图像几何校正的方法 |
| CN115014521A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-09-06 | 杭州高谱成像技术有限公司 | 一种基于分光镜的自动对焦推扫式高光谱成像方法及装置 |
| CN115326199A (zh) * | 2021-08-16 | 2022-11-11 | 杭州高谱成像技术有限公司 | 一种自动对焦的内置推扫式高光谱成像仪 |
-
2022
- 2022-12-14 CN CN202211603041.0A patent/CN115598075B/zh active Active
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110205536A1 (en) * | 2008-05-21 | 2011-08-25 | Ntnu Technoogy Transfer As | Underwater hyperspectral imaging |
| WO2017041335A1 (zh) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | 南京华图信息技术有限公司 | 一种全光学波段图谱协同探测动目标的装置和方法 |
| CN106525244A (zh) * | 2016-10-13 | 2017-03-22 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种红外融合视觉探测系统 |
| US20200170226A1 (en) * | 2017-05-29 | 2020-06-04 | Ecotone As | Method and System for Underwater Hyperspectral Imaging of Fish |
| CN107238437A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-10-10 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种自动对焦高光谱成像仪 |
| CN108051088A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-18 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 用于水下探测的高光谱高空间分辨积分视场光谱成像系统 |
| CN108151879A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-06-12 | 四川双利合谱科技有限公司 | 一种基于光谱分析的目标分类识别检测系统 |
| CN112067125A (zh) * | 2019-06-11 | 2020-12-11 | 海南大学 | 基于水下机器人的双通道高光谱检测系统 |
| CN111579498A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-08-25 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 基于推扫成像的高光谱内窥成像系统 |
| CN111795933A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-20 | 浙江大学 | 一种基于振镜扫描的多模式双通道成像检测系统 |
| CN112098343A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于etl新型自对焦一体化高光谱成像探测系统 |
| CN112880829A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-06-01 | 中国海洋大学 | 一种适配水下多种观测平台的自扫描式高光谱成像系统及使用方法 |
| CN112816420A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-05-18 | 中国科学院海洋研究所 | 适用于水下的高光谱成像分析仪 |
| CN115326199A (zh) * | 2021-08-16 | 2022-11-11 | 杭州高谱成像技术有限公司 | 一种自动对焦的内置推扫式高光谱成像仪 |
| CN113989143A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-28 | 中国海洋大学 | 一种基于推扫式水下高光谱原始图像的高精度快速检焦方法 |
| CN114494039A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-05-13 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种水下高光谱推扫图像几何校正的方法 |
| CN115014521A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-09-06 | 杭州高谱成像技术有限公司 | 一种基于分光镜的自动对焦推扫式高光谱成像方法及装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| FEDERICA FOGLINI ET AL.: "Application of Hyperspectral Imaging to Underwater Habitat Mapping, Southern Adriatic Sea", 《SENSORS》 * |
| 薛庆生等: "水下高光谱成像探测技术研究进展（特邀）", 《光子学报》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115598075B (zh) | 2023-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI434574B (zh) | 成像設備 | |
| CN109444056B (zh) | 一种双目成像式水下光谱反射率原位测量装置及测量方法 | |
| US4812904A (en) | Optical color analysis process | |
| US5221959A (en) | Color discrimination data input apparatus | |
| CN104822033A (zh) | 一种红外与可见光图像融合的视觉传感器及其使用方法 | |
| CN106291737B (zh) | 一种水下光谱复合成像探测系统及方法 | |
| JP7146635B2 (ja) | マルチスペクトル軌跡を使用するデジタル撮像のための自動合焦の方法およびシステム | |
| CN106210520B (zh) | 一种自动调焦电子目镜及系统 | |
| US8106944B2 (en) | Adaptive illumination for color-corrected underwater imaging | |
| Ouyang et al. | Visualization and image enhancement for multistatic underwater laser line scan system using image-based rendering | |
| CN113939729A (zh) | 光辉性颜料判定方法、光辉性颜料判定装置以及光辉性颜料判定程序 | |
| CN110570412B (zh) | 一种零件误差视觉判断系统 | |
| CN115032196B (zh) | 一种全划片高通量彩色病理成像分析仪器及方法 | |
| CN114445330A (zh) | 一种元器件外观缺陷的检测方法及系统 | |
| US7474339B2 (en) | Image-processing device with a first image sensor and a second image sensor | |
| CN113483892B (zh) | 一种多光谱影像测量系统和方法 | |
| CN209485965U (zh) | 一种双目成像式水下光谱反射率原位测量装置 | |
| CN115598075B (zh) | 基于双通道同轴光路的深海高光谱成像探测系统及方法 | |
| CN113272639B (zh) | 一种提取待测物质的光谱信息的方法 | |
| JP2020073862A (ja) | 水質検査システム及び水質検査方法 | |
| JP2013003386A (ja) | 撮像装置およびバーチャルスライド装置 | |
| CN110514302B (zh) | 基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法 | |
| EP3112827B1 (en) | Sample target for improved accuracy of color measurements and color measurements using the same | |
| CN208568616U (zh) | 玻璃锡缺陷视觉鉴别系统 | |
| Yamazaki et al. | A cabled observatory system for integrated long term, high-frequency biological, chemical, physical measurement for understanding planktonic ecosystem |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |