CN203275287U - 便携式滤光片色轮型多光谱成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属光谱成像技术领域，尤其涉及一种便携式滤光片色轮型多光谱成像系统，包括成像仪镜头（1）、滤光片色轮（2）、步进电机（3）、滤光片组（4）、黑白图像传感器CCD（5）、控制模块（7）及光谱图像处理分析模块；控制模块（7）的信号传输端口分别与步进电机（3）、黑白图像传感器CCD（5）及光谱图像处理分析模块的信号传输端口相接。本实用新型系统结构紧凑，成本低廉，方便携带，可用于户外测量，适用范围广泛。

Description

便携式滤光片色轮型多光谱成像系统

技术领域

本实用新型属光谱成像技术领域，尤其涉及一种便携式滤光片色轮型多光谱成像系统。

背景技术

光谱成像技术是光谱分析技术和图像分析技术完美结合的产物，不仅具有光谱分辨能力，还有图像分辨能力，可以对被测物体进行定性、定量和定位分析，利用物体表面成分的光谱差异，可以实现对目标的精确识别和定位。

多光谱成像技术是光谱成像技术其中的一种，光谱分辨率达到λ/10数量级，主要由光谱分光系统、成像系统和光谱处理分析软件构成。关键部件分光系统的分光方式有以下几种：1.色散型，采用棱镜或光栅分光原件。2.傅立叶变换型，利用光谱像元干涉图与光谱图之间的傅里叶变换关系，通过测量干涉图和对干涉图进行傅立叶变换来获得物体的光谱信息。3.滤光片型，通过光学带通滤光片使来自场景光谱的一个窄波段透射到单个探测器或者整个焦平面探测器阵列上以进行光谱成像。以上几种分光方式各有利弊，但以光学干涉滤光片为分光滤光方式的色轮型多光谱成像系统结构简单，成本较低，容易实现，在农产品检测、食品安全检测等领域有着广泛应用。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种结构紧凑，成本低廉，方便携带，可用于户外测量，适用范围广泛的便携式滤光片色轮型多光谱成像系统。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的。

便携式滤光片色轮型多光谱成像系统，它包括成像仪镜头、滤光片色轮、步进电机、滤光片组、黑白图像传感器CCD、控制模块及光谱图像处理分析模块；所述滤光片色轮位于成像仪镜头与黑白图像传感器CCD之间；所述滤光片组固定设于滤光片色轮之上，其将被测物体反射光谱进行逐波段过滤，经所述黑白图像传感器CCD成像后，形成不同波段的光谱图像；所述步进电机的动力输出轴将旋转动力传输至滤光片色轮；所述控制模块的信号传输端口分别与步进电机、黑白图像传感器CCD及光谱图像处理分析模块的信号传输端口相接。

作为一种优选方案，本实用新型所述黑白图像传感器CCD内置有A/D转换卡，以使各波段光谱信号转换为数字电信号。

进一步地，本实用新型所述滤光片色轮包括  Q个相同直径的圆孔通道；所述滤光片组固定嵌于圆孔通道中。

进一步地，本实用新型所述黑白图像传感器CCD可采用USB2.0接口。

本实用新型系统结构紧凑，成本低廉，方便携带，可用于户外测量，适用范围广泛，在农产品检测、食品安全检测等领域有着广泛应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本实用新型系统工作原理图。

图2为本实用新型系统整体结构示意图。

图3为本实用新型滤光片色轮结构示意图。

图4为本实用新型控制模块原理示意图。

图中：1、成像仪镜头；2、滤光片色轮；3、步进电机；4、滤光片组；5、黑白图像传感器CCD；6、A/D转换卡；7、控制模块；8、被检测物体；9、单波段光谱图像信号；10、图像数据处理结果。

具体实施方式

如图所示，便携式滤光片色轮型多光谱成像系统，它包括成像仪镜头1、滤光片色轮2、步进电机3、滤光片组4、黑白图像传感器CCD5、控制模块7及光谱图像处理分析模块；所述滤光片色轮2位于成像仪镜头1与黑白图像传感器CCD5之间；所述滤光片组4固定设于滤光片色轮2之上，其将被测物体反射光谱进行逐波段过滤，经所述黑白图像传感器CCD5成像后，形成不同波段的光谱图像；所述步进电机3的动力输出轴将旋转动力传输至滤光片色轮2；所述控制模块7的信号传输端口分别与步进电机3、黑白图像传感器CCD5及光谱图像处理分析模块的信号传输端口相接。

本实用新型所述黑白图像传感器CCD5内置有A/D转换卡6，以使各波段光谱信号转换为数字电信号。

参见图3所示，本实用新型所述滤光片色轮2包括Q个相同直径的圆孔通道；所述滤光片组4固定嵌于圆孔通道中。

本实用新型所述黑白图像传感器CCD5可采用USB2.0接口。

本实用新型系统包括成像系统、滤光片色轮分光滤光系统、电控系统及光谱图像处理分析系统四部分。 

1、成像系统。

本实用新型成像系统包括成像仪镜头1、黑白图像传感器CCD5。所述黑白图像传感器CCD5内置有A/D转换卡，用于将投射至传感器的各波段光谱信号转换为数字电信号，产生多通道光谱图像。

本实用新型所述成像仪镜头是百万像素手动变焦镜头，采用超低失真设计，低畸变率，具有多种光学校正方式并且具有调整后的锁定装置。

本实用新型所述黑白图像传感器CCD5采用USB2.0接口，数字面阵逐行扫描成像方式。

2、滤光片色轮分光滤光系统。

本实用新型滤光片色轮分光滤光系统包括滤光片色轮2及步进电机3。所述滤光片色轮2位于所述成像仪镜头1和所述黑白图像传感器CCD5之间，通过固定装置保证其与成像光路的垂直度，其滤光片组可将经所述成像仪镜头1聚焦的被测物体反射光谱进行逐波段过滤，形成单波段光谱，后经所述黑白图像传感器CCD5成像，形成若干个波段光谱图像。

所述滤光片色轮有若干个相同直径的圆孔通道，厚度一致且不同波段的滤光片通过外螺纹固定扣固定在所述圆孔通道中，以保证其与成像光路的垂直度以及所有滤光片的共面性，轮中心具有可供步进电机中心转轴固定的锁定装置。

所述步进电机3是为所述滤光片色轮提供旋转动力并用于滤光片位置选择的机械部件，位于所述滤光片色轮后方，所述黑白图像传感器CCD5之上。

3、电控系统。

本实用新型电控系统包括用于控制所述步进电机旋转角度、旋转速度的电子控制单元、用于对所述黑白图像传感器CCD进行曝光控制、采集速度控制的驱动单元、用于传感器输出电信号的处理和记录程序。

4、光谱图像处理分析系统。

本实用新型光谱图像处理分析系统包括光谱图像处理分析程序、用于反射率标定的标准反射板以及用于反射率光谱采集的光谱仪。

本实用新型所述光谱图像处理分析程序具有对原始光谱图像进行多波段图像融合为一个多光谱图像文件；类别定义；选择训练样本及类别分类；光谱特征的选择；光谱特征的提取；光谱反射率重建；彩色处理等图像处理功能。

本实用新型所述标准反射板是一个集成多个不同反射率系数的标定板，用于反射率定标。

本实用新型所述光谱仪用于采集所述标准反射板的反射率，结合经处理分析后的标准板图像灰度值，建立反射率重建数学模型。

如图1所示，在日光条件下，被检测物体8的反射光经本实用新型系统采集，形成若干个单波段光谱图像信号9，后经所述光谱图像处理分析系统处理分析，形成被检测物体的多光谱图像10。

如图1所示，在日光条件下，被检测物体8反射光进入滤光片色轮多光谱成像系统，反射光谱经图2中所述成像仪镜头汇聚成像，经过所述同轴滤光片滤波后以单波段光谱形式照射在所述黑白图像传感器CCD5上，经过光电响应产生电信号，每个像素的电荷生成与当前入射光水平成比例，因此所有像素的共同作用就可构成一个连续图像的空间代表。电子电荷以有序的方式转移至输出放大器，后通过所述传感器CCD5内置A/D转换卡转换成数字信号传输至便携式计算机。经过所述光谱图像处理分析系统对所述若干个单波段原始光谱图像进行一系列光谱图像处理分析后，形成所述被测物体的多光谱图像。

本实用新型滤光片色轮分光滤光系统包括滤光片色轮及步进电机。如图3所示，在滤光片色轮上包括若干个相同直径的圆孔通道，在圆孔通道内安装且固定着与成像光路相垂直的同厚度滤光片，这些波长可选的滤光片允许不同波长范围的光通过相应的滤光片。当然，也可以按其它数目的滤光片来安装。所述滤光片为物质特征光谱分析提供合适波长范围的光谱。

步进电机3由控制模块控制，是给滤光片色轮提供旋转动力并用于滤光片位置选择的机械部件。当步进电机3带动色轮转动时，控制模块将发脉冲指令给电机驱动器，控制其转动速度以及转动角度。当滤光片组按预设程序运动至成像光轴时，滤光片组就对入射光谱进行滤光作用，选定光波则通过滤光片照射在黑白图像传感器CCD5上。通过步进电机3带动滤光片色轮连续转动，并且转速、转角程序设置与黑白图像传感器CCD5曝光响应协调工作，黑白图像传感器CCD5就会产生多个通道的光谱图像。

对原始光谱图像进行图像处理方法有很多种，因都属于背景技术范畴，可在相关书籍中找到详细描述，在此不逐项展开说明，只介绍以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.便携式滤光片色轮型多光谱成像系统，其特征在于，包括成像仪镜头（1）、滤光片色轮（2）、步进电机（3）、滤光片组（4）、黑白图像传感器CCD（5）、控制模块（7）及光谱图像处理分析模块；所述滤光片色轮（2）位于成像仪镜头（1）与黑白图像传感器CCD（5）之间；所述滤光片组（4）固定设于滤光片色轮（2）之上，其将被测物体反射光谱进行逐波段过滤，经所述黑白图像传感器CCD（5）成像后，形成不同波段的光谱图像；所述步进电机（3）的动力输出轴将旋转动力传输至滤光片色轮（2）；所述控制模块（7）的信号传输端口分别与步进电机（3）、黑白图像传感器CCD（5）及光谱图像处理分析模块的信号传输端口相接。

2.根据权利要求1所述的便携式滤光片色轮型多光谱成像系统，其特征在于：所述黑白图像传感器CCD（5）内置有A/D转换卡，以使各波段光谱信号转换为数字电信号。

3.根据权利要求2所述的便携式滤光片色轮型多光谱成像系统，其特征在于：所述滤光片色轮（2）包括    Q个相同直径的圆孔通道；所述滤光片组（4）固定嵌于圆孔通道中。

4.根据权利要求3所述的便携式滤光片色轮型多光谱成像系统，其特征在于：所述黑白图像传感器CCD（5）采用USB2.0接口。

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