CN202546469U

CN202546469U - 一种高光谱成像用光学照明装置及系统

Info

Publication number: CN202546469U
Application number: CN2011205064181U
Authority: CN
Inventors: 陈兴海; 张义伟
Original assignee: BEIJING ZOLIX INSTRUMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING ZOLIX INSTRUMENT Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2021-12-07

Abstract

本实用新型是关于一种高光谱成像用光学照明装置及系统，所述的光学照明装置包括：铝制反射碗，设置于反射碗中的溴钨灯以及设置在反射前面的弧形毛玻璃，本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明装置及系统，在高光谱成像系统中解决了照射到立体样品表面光强不均匀的问题，可以为高光谱成像系统提供宽光谱范围输出的均匀照明光源，使得检测的准确度大大提高。

Description

一种高光谱成像用光学照明装置及系统

技术领域

本实用新型涉及照明设备领域，具体涉及一种高光谱成像用光学照明装置及系统。

背景技术

高光谱成像技术是在获得被测物二维图像信息的同时，得到每一像素点的光谱信息，作为一项新兴的检测技术，集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，光谱分辨率在10l数量级范围内的光谱图像称为高光谱图像(Hyperspectral Image)。通过搭载在不同空间平台上的高光谱传感器，即成像光谱仪，在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，以数十至数百个连续且细分的光谱波段对目标区域同时成像，把传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起。该技术具有超多波段、高的光谱分辨率和图谱合一的特点。

图1是高光谱成像系统原理图，其结构由三部分构成：1：成像镜头2：成像光谱仪3：面阵探测器（如CCD相机）。工作时，图像光谱仪将检测对象反射或透射过来的光分成单色光源后进入CCD摄像头。该系统采用“推扫型”成像方法得到高光谱图像：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向），获取的是对象在条状空间中每个像素在各波长下的图像信息。同时，在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。

传统的高光谱系统通常采用线光源作为照明源，从原理上来说，线光源光强集中且均匀，似乎是一种理想的光源，更利于信号的检测；但实际上由于被测对象往往是立体的而非平面，往往造成实际照射到被测对象表面的光强并不均匀，从而造成测量的不确定度大大增加，这个问题给广大的科研人员带来了长期的困扰。

现有技术提供一种发光二极管（LED）阵列组成的线光源，其中，发光二极管阵列可以输出均匀线型光带，从而实现对物体的均匀线型照明。由于LED的光谱范围较窄，通常只有几十纳米的光谱宽度，而通常高光谱成像需要几百到上千纳米的光谱成像，因此光二极管阵列组成的线光源无法满足高光谱成像对于宽光谱范围的需求。

现有技术提供一种线型光纤光源，其中，线型光纤光源将宽光谱光源藕合至线型光纤，再通过光纤照到样品上来实现宽光谱线型照明。由于光纤输出能量较低，且光纤材料的红外透过率较低，无法在1700nm到2500nm的光谱范围内使用，且无法实现对立体被测对象的均匀化照明。

实用新型内容

为克服现有技术中光源装置无法为高光谱成像系统提供宽光谱范围输出的均匀照明光源的问题，本实用新型提供一种高光谱成像用光学照明装置及系统。

本实用新型实施例提供一种高光谱成像用光学照明装置，所述的光学照明装置包括灯座、铝制反射碗、溴钨灯和弧形毛玻璃，其中：所述的灯座的一端设置有开口，用于安装所述的铝制反射碗；所述的铝制反射碗固定于所述的灯座的开口中，所述的铝制反射碗的开口方向与所述的灯座的开口方向相同；所述的溴钨灯固定于所述的铝制反射碗底部中央；所述的弧形毛玻璃覆盖于所述的铝制反射碗的开口之上，并向所述的铝制反射碗外部凸起。

本实用新型实施例还提供一种高光谱成像用光学照明系统，所述的高光谱成像用光学照明系统包括至少两个光学照明装置，所述的光学照明装置包括灯座、铝制反射碗、溴钨灯和弧形毛玻璃，其中：所述的灯座的一端设置有开口，用于安装所述的铝制反射碗；所述的铝制反射碗固定于所述的灯座的开口中，所述的铝制反射碗的开口方向与所述的灯座的开口方向相同；所述的溴钨灯固定于所述的铝制反射碗底部中央；所述的弧形毛玻璃覆盖于所述的铝制反射碗的开口之上，并向所述的铝制反射碗外部凸起。

本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明装置及系统，在高光谱成像系统中解决了照射到立体样品表面光强不均匀的问题，可以为线扫描式高光谱成像系统提供宽光谱范围输出的均匀照明光源，使得检测的准确度大大提高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1是高光谱成像系统原理图；

图2是本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明装置结构图；

图3是本实用新型实施例提供的高光谱成像用光学照明装置的发光示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明装置结构图；

图5、图6分别是本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明系统正面结构图和侧面结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

实施例一

图2是本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明装置结构图，如图2所示，高光谱成像用光学照明装置200包括：灯座201、铝制反射碗202、溴钨灯203和弧形毛玻璃204，其中：

灯座201，所述的灯座201的一端设置有一开口，用于安装所述的铝制反射碗202。

在本实用新型实施例中，灯座201可以是一中空的立方体，图2中显示了灯座201的剖面结构，即所述的灯座201的剖面为矩形，在本实用新型的其他实施例中，灯座201的形状不限于矩形，也可以是其他任意形状，只需具有开口，可以安装铝制反射碗202即可。

铝制反射碗202，所述的铝制反射碗202固定于所述的灯座201的开口中，所述的铝制反射碗202的开口方向与所述的灯座201的开口方向相同。

在本实用新型实施例中，铝制反射碗202经过阳极钝化处理，使其表面形成一层均匀银白色、致密的、稳定的钝化处理膜，改变了铝的表面状态，有利于防止氧化和减缓腐蚀，同时使溴钨灯203输出的光必须经反射碗内壁多次漫反射后输出，使光源光强集中且均匀。

在本实用新型实施例中，如图2所示，铝制反射碗202的剖面为一均匀抛物线。

溴钨灯203，所述的溴钨灯203固定于所述的铝制反射碗202底部中央。

在本实用新型实施例中，采用功率35W的溴钨灯做为宽光谱发光源，溴钨灯必须放置于反射碗中间以保证光源漫反射均匀。溴钨灯又称为卤素灯，是可见-近红外波段的理想光源，可对物质进行吸收光谱和荧光光谱分析，其光谱输出范围为350nm～2500nm且输出光谱平滑，适合于高光谱成像对光谱范围的要求。溴钨灯采用溴化氢工艺，比碘钨灯光效高、寿命长、光色更好、点燃后不会出现类似于碘钨灯的紫红蒸汽，是一种新型客观的，并且使用广泛的灯。溴钨灯里的溴化氢可以在200～1100℃的玻壳壁温下进行正常的溴钨循环，所以可以用来制作大功率高光效的电光源。溴清洁玻壳壁的效果比碘好，玻壳发黑的问题基本得到解决。溴化氢是无色透明的气体，不吸收可见光，比碘钨灯的发光效率高。溴钨灯里的气体对流不影响灯的寿命，使用时也不像碘钨灯那样一定要水平放置。

溴钨灯属于热致发光，在灯具的密闭空间内，可以将灯具内空气加热到150度以上，而连续光波中的近红外部分，也需要通过镀膜来提高反射率。溴钨灯203放置在铝质反射碗中202，从而使其在可见光到红外光谱范围内具有很高的反射率，而且几乎不受入射角的影响，满足高光谱系统对宽光谱范围的要求。

弧形毛玻璃204，所述的弧形毛玻璃204覆盖于所述的铝制反射碗202的开口之上，并向所述的铝制反射碗202外部凸起。

在本实用新型实施例中，铝制反射碗202前放置有弧形毛玻璃204，因为其表面有细小的凹凸不平，在玻璃表面产生的是漫反射，同时采用弧形设计，使光源光强进一步均匀化，弧形毛玻璃的所述的凸起的弧度为55-75度，在本实施例中，优选的为65度。弧形毛玻璃204可以选用K9玻璃，K9玻璃在可见与近红外都有很高的透光率，保证了输出光源的光谱特性。

图3是本实用新型实施例提供的高光谱成像用光学照明装置的发光示意图，如图3所示，溴钨灯203发出的光线经过铝制反射碗202内壁多次漫反射后输出，并经过弧形毛玻璃204表面产生漫反射，使光源光强进一步均匀。

图4是本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明装置结构图，如图4所示，高光谱成像用光学照明装置400包括：灯座401、铝制反射碗402、溴钨灯403、弧形毛玻璃404、固定螺钉405、接线插头406和预留连接孔407，其中：灯座401、铝制反射碗402、溴钨灯403、弧形毛玻璃404与图2中的同名部件相同，故在此不再赘述。

固定螺钉405，用于将铝制反射碗402固定于灯座401的开口中。

接线插头406，用于连接电源线。

预留连接孔407，用于固定灯座401。

本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明装置，在高光谱成像系统中解决了照射到立体样品表面光强不均匀的问题，可以为高光谱成像系统提供宽光谱范围输出的均匀照明光源，使得检测的准确度大大提高。

实施例二

图5、图6分别是本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明系统正面结构图和侧面结构图，如图5、图6所示，高光谱成像用光学照明系统500包括4个光学照明装置501，光学照明装置501与实施例一中的高光谱成像用光学照明装置200或400相同，故在此不再赘述。

在本实用新型实施例中，4个光学照明装置501都朝向被照射物体502且与被照射物体502中心等距离放置。由于被照射物体502往往是立体的而不是平面的，因此通常容易造成实际照射到被照射物体502表面的光强并不均匀，因此，将4个光学照明装置501分别安置于高光谱系统暗箱中的四个方向，使得被照射物体502受光面积均匀，实现无阴影照明。经过合理的调校，在高光谱系统中完全解决了照射到立体样品表面光强不均匀的问题，使得检测的准确度大大提高。

本实用新型实施例提供的一种高光谱成像用光学照明系统，在高光谱成像系统中解决了照射到立体样品表面光强不均匀的问题，可以为高光谱成像系统提供宽光谱范围输出的均匀照明光源，使得检测的准确度大大提高。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种高光谱成像用光学照明装置，其特征在于，所述的光学照明装置包括灯座、铝制反射碗、溴钨灯和弧形毛玻璃，其中：

所述的灯座的一端设置有开口，用于安装所述的铝制反射碗；

所述的铝制反射碗固定于所述的灯座的开口中，所述的铝制反射碗的开口方向与所述的灯座的开口方向相同；

所述的溴钨灯固定于所述的铝制反射碗底部中央；

所述的弧形毛玻璃覆盖于所述的铝制反射碗的开口之上，并向所述的铝制反射碗外部凸起。

2.根据权利要求1所述的高光谱成像用光学照明装置，其特征在于，所述的灯座的剖面为矩形。

3.根据权利要求1所述的高光谱成像用光学照明装置，其特征在于，所述的铝制反射碗的剖面为均匀抛物线。

4.根据权利要求1所述的高光谱成像用光学照明装置，其特征在于，所述的弧形毛玻璃的所述的凸起的弧度为65度。

5.根据权利要求1所述的高光谱成像用光学照明装置，其特征在于，所述的铝制反射碗内表面形成有一层均匀致密的钝化膜。

6.一种高光谱成像用光学照明系统，其特征在于，所述的高光谱成像用光学照明系统包括至少两个光学照明装置，所述的光学照明装置包括灯座、铝制反射碗、溴钨灯和弧形毛玻璃，其中：

所述的溴钨灯固定于所述的铝制反射碗底部中央；

7.根据权利要求6所述的高光谱成像用光学照明系统，其特征在于，所述的灯座的剖面为矩形。

8.根据权利要求6所述的高光谱成像用光学照明系统，其特征在于，所述的铝制反射碗的剖面为均匀抛物线。

9.根据权利要求6所述的高光谱成像用光学照明系统，其特征在于，所述的弧形毛玻璃的所述的凸起的弧度为65度。

10.根据权利要求6所述的高光谱成像用光学照明系统，其特征在于，所述的铝制反射碗内表面形成有一层均匀致密的钝化膜。

11.根据权利要求6所述的高光谱成像用光学照明系统，其特征在于，每个所述的光学照明装置均朝向被照射物体，且与被照射物体的中心距离相等。