CN204788663U - 一种画幅式连续变焦光谱成像仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种画幅式连续变焦光谱成像仪，属于光谱成像仪器技术领域，包括变焦镜头、中继镜组、滤光片、面阵图像传感器中继镜组由中心对称的中继镜前组和中继镜后组组成；滤光片置于所述中继镜前组和中继镜后组之间的平行光路中，变焦镜头、中继镜前组、滤光片、中继镜后组、面阵图像传感器顺序放置在同一光轴上。本实用新型可实现光谱成像仪的连续变焦，在不改变目标距离的情况下实现光学变倍，使得使用更加灵活；采用画幅式成像，不需要空间维度的扫描，采集图像的空间配准精度更高；中继成像镜组采用物方远心和像方远心设计，可以匹配不同出瞳位置的前置物镜，系统空间测量精度更高。

Description

一种画幅式连续变焦光谱成像仪

技术领域

本实用新型涉及一种画幅式连续变焦光谱成像仪，属于光谱成像仪器技术领域。

背景技术

光谱成像技术是成像技术与光谱技术的有机结合，光谱成像所获取的目标的光谱图像数据既能反应目标的形态信息，又能反映目标的化学组成信息，使得光学探测的信息量大大增加，因此广泛应用于生物医学、农业生产、工业过程控制、航空航天遥感、材料科学等领域。

光谱成像仪有多种实现方式，如棱镜色散型、光栅色散型、傅里叶变换型等。但是，目前主要的光谱成像仪都采用定焦光学系统，对于单个光谱成像仪来说，其总视场和瞬时视场角都是固定不变的。目标距离远时观测范围大，但空间分辨率低；目标距离近时，空间分辨率高，但视场很小。虽然具有不同焦距的前置镜头可以更换，但是这样操作的灵活性大大下降。另外，采用狭缝色散形式的光谱成像仪，如申请号201410200085.8一种光谱测量范围及分辨率可调的变焦光谱仪，包括有入射狭缝、准直镜头、分光元件、面阵CCD及计算机，但是采用狭缝色散形式的光谱成像仪，空间信息需要扫描来完成，调整焦距和定焦过程较为复杂。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种画幅式连续变焦光谱成像仪，该成像仪结构能够实现画幅式光谱成像，还能够连续变焦，在不改变目标距离的情况下实现空间分辨率的调整，使得光谱成像的应用更加灵活。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来具体实现：

本实用新型提供了一种画幅式连续变焦光谱成像仪，该成像仪包括变焦镜头、中继镜组、滤光片、面阵图像传感器，所述中继镜组由中心对称的中继镜前组和中继镜后组组成；滤光片置于所述中继镜前组和中继镜后组之间的平行光路中，所述变焦镜头、中继镜前组、滤光片、中继镜后组、面阵图像传感器顺序放置在同一光轴上。

优选的，画幅式连续变焦光谱成像仪，还包括控制与图像采集系统，所述控制与图像采集系统与所述滤光片和所述面阵图像传感器连接，控制滤光片和面阵图像传感器，实现图像采集、处理和存储。

进一步的，所述变焦镜头为复消色差范围覆盖该画幅式连续变焦光谱成像仪的工作波长范围的连续变焦复消色差镜头。控制成像光束的色散。

进一步的，所述中继镜组为物方远心和像方远心结构，中继镜前组和中继镜后组组成中继成像系统且同时为物方远心和像方远心设计，中继镜前组和中继镜后组完全对称，自动校正彗差、畸变和垂轴色差，具有平像场和复消色差功能，垂轴放大率为-1倍。

中继镜组中间有平行光路空间，用于放置滤光片。

进一步的，所述滤光片为滤光片转轮或液晶可调谐滤光器中的一种。

进一步的，所述面阵图像传感器为CCD面阵探测器或CMOS面阵探测器中的一种。

更进一步的，所述面阵图像传感器和所述控制与图像采集系统连接，将采集到的经滤光片滤光的单谱段图像传输至所述控制与图像采集系统进行处理并存储。

更进一步的，所述控制与图像采集系统和所述滤光片连接，完成滤光片的调谐。

进一步的，所述中继镜前组的物方焦面与变焦镜头的像面重合。

控制与图像采集系统可为具有控制与图像采集功能的硬件系统，如计算机，计算机可对滤光片和面阵图像传感器进行同步控制，每调谐一次滤光片，待稳定后，面阵图像传感器采集一个谱段的单色图像，然后再调谐一次滤光片，如此反复，直到采集完一系列光谱图像为止。

本实用新型的具体原理如下：

画幅式连续变焦光谱成像仪采用变焦镜头对目标成一次实像，一次实像像面与中继成像镜组前焦面重合，中继镜前组将一次成像光束准直后，再经过中继镜后组成二次实像，经放置在成像镜组的准直光路中的滤光片滤光处理，面阵图像传感器采集经可调谐滤光片滤光后的单谱段图像，通过控制与图像采集系统控制滤光片的调谐和图像传感器的图像采集与存储。

该实用新型的有益效果是：

可实现光谱成像仪的连续变焦，在不改变目标距离的情况下实现光学变倍，使得使用更加灵活；

采用画幅式成像，不需要空间维度的扫描，采集图像的空间配准精度更高；

中继成像镜组采用物方远心和像方远心设计，可以匹配不同出瞳位置的前置物镜，系统空间测量精度更高。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1、目标；2、光轴；3、变焦镜头；4、中继镜前组；5、滤光片；6、中继镜后组；7、面阵图像传感器；8、控制与图像采集系统。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中本实用新型提供了一种画幅式连续变焦光谱成像仪，该成像仪包括变焦镜头3、中继镜组、滤光片5、面阵图像传感器7，所述中继镜组由中心对称的中继镜前组4和中继镜后组6组成；滤光片5置于所述中继镜前组4和中继镜后组6之间的平行光路中，所述变焦镜头3、中继镜前组4、滤光片5、中继镜后组6、面阵图像传感器7顺序放置在同一光轴2上。

画幅式连续变焦光谱成像仪，还包括控制与图像采集系统8，所述控制与图像采集系统8与所述滤光片5和所述面阵图像传感器7连接，控制滤光片5和面阵图像传感器7，实现图像采集、处理和存储。

进一步的，所述变焦镜头为复消色差范围覆盖该画幅式连续变焦光谱成像仪的工作波长范围的连续变焦复消色差镜头。控制成像光束的色散。优选的，变焦镜头3采用适马APO50～150mmf/2.8镜头，该镜头可在50-150mm内连续变焦，并且具有复消色差功能，有效控制轴向色差和垂轴色差，使得可获取准确配准的光谱图像。

进一步的，所述中继镜组为物方远心和像方远心结构，中继镜前组和中继镜后组组成中继成像系统且同时为物方远心和像方远心设计，中继镜前组和中继镜后组形状相同且对称放置，自动校正彗差、畸变和垂轴色差，具有平像场和复消色差功能，垂轴放大率为-1倍。

中继镜组中间有平行光路空间，用于放置滤光片。

中继镜前组4的物方焦面与变焦镜头3的像面重合，将变焦镜头3的成像光束准直。

进一步的，所述滤光片为滤光片转轮或液晶可调谐滤光器中的一种。

优选的，液晶可调谐滤光器，工作波长范围是400～720nm，平均带宽为10nm。该液晶可调谐滤光器通过电调谐方式更换透过波长，由控制与面阵图像采集系统8控制。

进一步的，所述面阵图像传感器7为CCD面阵探测器或CMOS面阵探测器中的一种。

优选的，面阵图像传感器7为2/3英寸CCD面阵相机，像元数为1392×1040，光谱响应范围覆盖滤光片5的工作光谱范围，该CCD面阵相机通过USB接口与控制与面阵图像采集系统8连接，完成控制和数据传输。

更进一步的，所述面阵图像传感器和所述控制与图像采集系统连接，将采集到的经滤光片滤光的单谱段图像传输至所述控制与图像采集系统进行处理并存储。

更进一步的，所述控制与图像采集系统和所述滤光片连接，完成滤光片的调谐。

控制与图像采集系统可为具有控制与图像采集功能的硬件系统，如计算机，计算机可对滤光片和面阵图像传感器进行同步控制，每调谐一次滤光片，待稳定后，面阵图像传感器采集一个谱段的单色图像，然后再调谐一次滤光片，如此反复，直到采集完一系列光谱图像为止。

本实用新型的具体原理如下：

画幅式连续变焦光谱成像仪采用到变焦镜头3对目标1成一次实像，该一次实像面与中继镜前组4的前焦面重合，中继镜前组4将一次成像光束准直后，再经过中继镜后组6成二次实像，经放置在成像镜组的准直光路中的滤光片5滤光处理，面阵图像传感器7采集经可调谐滤光片滤光后的单谱段图像，通过控制与图像采集系统8控制滤光片的调谐和图像传感器的图像采集与存储。

在光谱成像仪工作过程中，控制与图像采集系统8可为具有控制与图像采集功能的硬件系统，如计算机。

计算机控制滤光片5和CCD面阵相机的协同工作。计算机给滤光片5一个控制信号，滤光片5将透过光谱的中心波长位置调谐至设定位置，待稳定后，计算机控制CCD面阵相机进行图像采集。

该液晶可调谐滤光器的调谐时间为50ms，CCD面阵相机的曝光时间可根据光照情况自适应调整曝光时间。在光照理想的情况下，可在5s内完成含有33个谱段的光谱图像数据立方体的采集。

该实用新型的有益效果是：

可实现光谱成像仪的连续变焦，在不改变目标距离的情况下实现光学变倍，使得使用更加灵活；

采用画幅式成像，不需要空间维度的扫描，采集图像的空间配准精度更高；

中继成像镜组采用物方远心和像方远心设计，可以匹配不同出瞳位置的前置物镜，系统空间测量精度更高。

最后应说明的是：以上所述仅为实用新型的优选实施例而已，并不用于限制实用新型，尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在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，均应包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种画幅式连续变焦光谱成像仪，包括变焦镜头、中继镜组、滤光片、面阵图像传感器，其特征在于，所述中继镜组由中心对称的中继镜前组和中继镜后组组成；滤光片置于所述中继镜前组和中继镜后组之间的平行光路中，所述变焦镜头、中继镜前组、滤光片、中继镜后组、面阵图像传感器顺序放置在同一光轴上。

2.如权利要求1所述的一种画幅式连续变焦光谱成像仪，其特征在于，还包括控制与图像采集系统，所述控制与图像采集系统与所述滤光片和所述面阵图像传感器连接，控制滤光片和面阵图像传感器，实现图像采集、处理和存储。

3.如权利要求1或2所述的一种画幅式连续变焦光谱成像仪，其特征在于，所述变焦镜头为复消色差范围覆盖该画幅式连续变焦光谱成像仪的工作波长范围的连续变焦复消色差镜头。

4.如权利要求1或2所述的一种画幅式连续变焦光谱成像仪，其特征在于，所述中继镜组为物方远心和像方远心结构，垂轴放大率为-1倍。

5.如权利要求1或2所述的一种画幅式连续变焦光谱成像仪，其特征在于，所述滤光片为滤光片转轮或液晶可调谐滤光器中的一种。

6.如权利要求1或2所述的一种画幅式连续变焦光谱成像仪，其特征在于，所述面阵图像传感器为CCD面阵探测器或CMOS面阵探测器中的一种。

7.如权利要求2所述的一种画幅式连续变焦光谱成像仪，其特征在于，所述面阵图像传感器和所述控制与图像采集系统连接，将采集到的经滤光片滤光的单谱段图像传输至所述控制与图像采集系统进行处理并存储。

8.如权利要求2所述的一种画幅式连续变焦光谱成像仪，其特征在于，所述控制与图像采集系统和所述滤光片连接，完成滤光片的调谐。

9.如权利要求1或2所述的一种画幅式连续变焦光谱成像仪，其特征在于，所述中继镜前组的物方焦面与变焦镜头的像面重合。