CN210129913U - 一种多镜头光谱相机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多镜头光谱相机，包括：用于拍摄被测物的镜头阵列；设于镜头阵列的光线入射方向后侧的一个图像传感器，该一个图像传感器设置成用于将镜头阵列的各镜头采集的光学图像转换成电信号；和用于对射入镜头内的光线进行窄带滤波的滤色单元。实施本实用新型的有益效果至少包括：通过将镜头阵列中的每个镜头与图像传感器上的感光区域相对应，实现了对被测物的不同窄带光谱的图像的成像。本实用新型的多镜头光谱相机减少图像传感器数量，结构简单，成本低廉。

Description

一种多镜头光谱相机

技术领域

本实用新型涉及光谱相机技术领域，尤其涉及一种多镜头光谱相机。

背景技术

多光谱成像技术自从面世以来,便被应用于空间遥感领域。而随着搭载平台的小型化和野外应用的需求,光谱成像仪在农业、林业、军事、医药、科研等领域的需求也越来越大。而在此之前成像技术并没有那么高，只能对特定的单一的谱段进行成像。虽然分辨率高但是数据量大难以进行分析、存储、检索，而多光谱成像是将所有的信息结合在一起，这不仅仅是二维空间信息，同时也把光谱的辐射信息也包含在内，从而在更宽的谱段范围内成像。

现有的光谱相机结构较复杂，且成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有的问题。提出一种结构简单且成本低廉的多镜头光谱相机。

本实用新型通过如下技术方案实现：一种多镜头光谱相机，进一步地，包括：

用于拍摄被测物的镜头阵列；设于前述镜头阵列的光线入射方向后侧的一个图像传感器，该一个图像传感器设置成用于将前述镜头阵列的各镜头采集的光学图像转换成电信号；和

用于对射入前述镜头内的光线进行窄带滤波的滤色单元，

前述镜头阵列在纵方向上至少设有一个镜头，且在横方向上至少设有一个镜头，且前述镜头阵列中镜头的数量至少为2个。

前述图像传感器具有与前述镜头阵列的各镜头相对应的感光区域。

在横方向上和在纵方向上，前述镜头阵列的各镜头位于前述图像传感器覆盖的区域内部，且所述镜头阵列的各镜头在图像传感器上的感光区域相互独立。

进一步地，前述滤色单元设于该前述镜头阵列的光线入射方向前侧，前述滤色单元为设于前述镜头阵列的光线射入方向前侧的滤色片，前述滤色片的数量与前述镜头阵列中镜头的数量对应相等。

进一步地，前述滤色单元为设于前述镜头阵列的光线射入方向的后侧，且设于该一个图像传感器的光线入射方向前侧的镀膜层。

进一步地，前述镜头阵列的镜头在横方向上的数量和前述镜头阵列的镜头在纵方向上的数量的比值为4:3，6:5，16:10，3:2或1:1。

进一步地，前述镜头阵列中的镜头为变焦镜头或定焦镜头。

进一步地，前述图像传感器为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。

实施本实用新型的有益效果至少包括：通过将镜头阵列中的每个镜头与图像传感器上的感光区域相对应，实现了对被测物的不同窄带光谱的图像的成像。本实用新型减少图像传感器数量，结构简单，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的多镜头光谱相机的第一实施例的立体结构示意图；

图2为本实用新型的多镜头光谱相机的第一实施例的剖切结构示意图；

图3为用于说明多镜头光谱相机的镜头阵列的多个镜头在图像传感器上形成感光区域的示意图；

图4为本实用新型的多镜头光谱相机的第一实施例的组成部分的构成框图；

图5为本实用新型的多镜头光谱相机的第一实施例的结构框图；

图6为本实用新型的多镜头光谱相机的第二实施例的立体结构示意图；

图7为本实用新型的多镜头光谱相机的第三实施例的立体结构示意图；

图8为本实用新型的多镜头光谱相机的第四实施例的剖切结构示意图，其中，滤色单元为设于该一个图像传感器表面上的镀膜层；

图9为通过本实用新型的一个应用例的多镜头光谱相机获得原始的6个通道的图像数据；

图10为对图9的原始图像进行裁切后的图像数据；

图11为图9中6个通道下获取的共同视野的图像数据；

图12为对图11的图像数据进行裁切后的共同视野数据；

图13为图9中6通道共同视野在各谱段下的图像数据；

图14为图像传感器上分不同区域(六个区域)镀膜，且每个区域的镀膜波长不一样的实施例的平面图。

附图标记：

多镜头光谱相机-100，100a，100b，100c；

镜头阵列-10，10a，10b，10c；第一镜头-101；第二镜头-102；第十二镜头-112；

滤色单元-30；滤色片-31，31a，31b；第一滤色片-301；第二滤色片-302；第十二滤色片-312；镀膜层-32；

微控制器-50；数据处理模块-501；合成模块-502；存储模块-503；输出模块-504；

图像传感器-20，20a，20b，20c；

感光区域-Z；第一感光区域-Z1；第二感光区域-Z2；第三感光区域-Z3。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本文中,用语“镜头阵列”指的是在横方向和纵方向上排成行和列的多个镜头形成的排列。该“镜头阵列”至少包括典型的三种情形，第一种情形为各行镜头数量相同且各列镜头数量相同的矩形镜头阵列，第二种情形为各行镜头数量不相同且各列镜头数量不相同的圆形镜头阵列，第三种情形为第一种情形和第二种情形中某行或某列中缺少一个以上的情形。

第一实施例

请参照图1至图4，一种多镜头光谱相机100包括：

用于拍摄被测物的镜头阵列10；

设于所述镜头阵列10的光线入射方向后侧的一个图像传感器20，该一个图像传感器20设置成用于将所述镜头阵列10的各镜头采集的光学图像转换成电信号；

设于该一个镜头阵列10的光线入射方向前侧且用于对射入所述镜头10内的光线进行窄带滤波的滤色单元30，以及

用于控制所述图像传感器20工作且对图像传感器20产生的电信号进行处理的微控制器50，

所述镜头阵列10每个镜头通过图像传感器20与微控制器50相连接。

在本实施例中，所述镜头阵列10中镜头的数量至少为2个。所述镜头阵列10中镜头的数量可以是奇数个，也可以是偶数个。所述镜头阵列10为各行镜头数量相同且各列镜头数量相同的矩形镜头阵列。所述镜头阵列10的镜头在横方向上的数量和所述镜头阵列10的镜头在纵方向上的数量的比值为4:3。

可以理解的是，所述镜头阵列10的镜头在横方向上的数量和所述镜头阵列10的镜头在纵方向上的数量的比值根据不同的实际需要还可设置为16:9、16:10、6:5、3:2或1:1。

请参照图1，具体地，所述镜头阵列10的镜头在纵方向上均匀排列设置有三行，并在横方向上均匀排列设置有四列，因此所述镜头阵列10的镜头的数量一共为12个。

在本实施例中，请参照图3，所述图像传感器20具有与所述镜头阵列10的各镜头相对应的感光区域Z。在横方向上和在纵方向上，所述镜头阵列10的各镜头位于所述图像传感器20覆盖的区域内部，且所述镜头阵列10的各镜头在图像传感器20上的感光区域Z相互独立。

其中，“所述镜头阵列10的各镜头在图像传感器20上的感光区域Z相互独立”是指，与每个镜头对应的感光区域接收的光线不会进入相邻的感光区域，换言之，每个镜头的光线对应进入一个感光区域，不会进入相邻的感光区域。例如请参照图3，图示三个镜头在图像传感器20上的感光区域分别为第一感光区域Z1,第二感光区域Z2,第三感光区域Z3，其中，进入镜头101的光线仅对应进入第一感光区域Z1，不会进入第二感光区域Z2，另外，进入镜头102的光线仅对应进入第二感光区域Z2，不会进入第一感光区域Z1，也不会进入第三感光区域Z3，而且，进入镜头103的光线仅对应进入第三感光区域Z3，不会进入第二感光区域Z2。

请参照图2，在本实施例中，所述滤色单元30可为设于所述镜头阵列10的光线射入方向前侧的滤色片31，所述滤色片31的数量与所述镜头阵列10的各镜头的数量对应相等，所述滤色片31用于对射入镜头内的光线进行窄带滤波。所述滤色片31的数量为12个。在本实施例中，12个滤色片31对应可通过的光谱图像数据波长分别为450nm，470nm，500nm，530nm，570nm，600nm，630nm，670nm，700nm，750nm，800nm，850nm。

在本实施例中，所述镜头阵列10中的各个镜头为调焦镜头或定焦镜头。

所述图像传感器20为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。具体地，在本实施例中，所述图像传感器20为长光辰芯光电公司生产的型号为GSENSE2020BSI的图像传感器。

本实用新型具体的连接关系为：

所述镜头阵列10包括第一镜头101、第二镜头102、……第十二镜头112；所述滤色片31包括第一滤色片301、第二滤色片302、……第十二滤色片312。

请参照图4，所述第一滤色片301与所述第一镜头101相连接，所述第一镜头101与所述图像传感器20相连接，所述图像传感器20与所述微控制器50相连接；第二滤色片302与所述第二镜头102相连接，所述第二镜头102与所述图像传感器20相连接，所述图像传感器20与所述微控制器50相连接，……所述第十二滤色片312与所述第十二镜头112相连接，所述第十二镜头112与所述图像传感器20相连接，所述图像传感器20与所述微控制器50相连接。

在本实施例中，所述微控制器50控制图像传感器20工作，所述图像传感器20通过对应的镜头及滤色片31采集对应的窄带光谱数据。

请参照图5，本实用新型的工作原理及流程为：通过单个镜头及滤色片的组合采集被测物特定的窄带光谱数据，图像传感器20统一将收集的窄带光谱数据转换成电信号并输送到微控制器50。

微控制器50包括数据处理模块501，合成模块502，存储模块503以及输出模块504。数据处理模块501用于对单个镜头及滤色片的组合所采集的窄带光谱数据进行运算处理得到单光谱图像数据。若实际只需要观察单通道成像，则将对应波长的单光谱图像数据输送至输出模块504，输出模块504输出对应波长的单光谱图像。

值得一提的是，若单光谱图像数据无需马上输出时，微控制器50将单光谱图像数据储存到存储模块503，待需要时微控制器50再将单光谱图像数据从存储模块503输送至输出模块504输出。

若实际只需要观察多光谱图像，则通过合成模块502将单光谱图像数据根据需求合成新的多光谱图像数据。输出模块504将合成的多光谱图像数据进行输出，以获得被测物的多光谱图像。

同理，当合成的多光谱图像数据无需马上输出时，微控制器50将多光谱图像数据储存到存储模块503，待需要时微控制器50再将多光谱图像数据从存储模块503输送至输出模块504输出。

实施本实施例的有益效果至少包括：

通过将镜头阵列中的每个镜头与图像传感器上的感光区域相对应，实现了对被测物的不同窄带光谱的图像的成像。本实用新型减少图像传感器数量，结构简单，成本低廉。

第二实施例

请参照图6，一种多镜头光谱相机100a包括：

用于拍摄被测物的镜头阵列10a；

设于所述镜头阵列10a的光线入射方向后侧的一个图像传感器20a，该一个图像传感器20a设置成用于将所述镜头阵列10a的各镜头采集的光学图像转换成电信号；

设于该一个图像传感器20a的光线入射方向前侧且用于对射入所述镜头10a内的光线进行窄带滤波的滤色片31a。

在本实施例中，图6为镜头阵列10的第三种情形。所述镜头阵列10a为某行或某列中缺少一个镜头以上的矩形阵列。

第三实施例

请参照图7，一种多镜头光谱相机100b包括：

用于拍摄被测物的镜头阵列10b；

设于所述镜头阵列10b的光线入射方向后侧的一个图像传感器20b，该一个图像传感器20b设置成用于将所述镜头阵列10b的各镜头采集的光学图像转换成电信号；

设于该一个图像传感器20b的光线入射方向前侧且用于对射入所述镜头10b内的光线进行窄带滤波的滤色片31b。

在本实施例中，图7为镜头阵列10的第二种情形。所述镜头阵列10b为各行镜头数量不相同且各列镜头数量不相同的圆形镜头阵列。

第四实施例

请参照图8，一种多镜头光谱相机100c包括：

用于拍摄被测物的镜头阵列10c；

设于所述镜头阵列10c的光线入射方向后侧的一个图像传感器20c，该一个图像传感器20c设置成用于将所述镜头阵列10c的各镜头采集的光学图像转换成电信号；以及

设于所述镜头阵列10c的光线射入方向的后侧，且集成于一个图像传感器20c的光线入射方向前侧的镀膜层32。该镀膜层32用于对射入镜头内的光线进行窄带滤波。

特别地，在图像传感器20c上的镀膜层32的不同区域，每个区域的允许通过入射光线的波长不同，只需要在图像传感器20c的每个区域前放置镜头，即可实现了对被测物的不同窄带光谱的图像的成像。

应用例

参照图9至图14说明本实用新型的多镜头光谱相机对瓷砖进行多光谱成像的一个应用例。其中，图9表示通过本实用新型的一个应用例的多镜头光谱相机获得原始的6个通道的图像数据；图10表示对图9的原始图像数据进行裁切后的图像数据；图11表示图9中6个通道下获取的共同视野的图像数据；图12表示对图11的图像数据进行裁切后的共同视野数据；图13表示图9中6通道共同视野在各谱段下的图像数据；图14表示图像传感器上分不同区域(六个区域)镀膜的平面图，且每个区域的镀膜可通过的光谱图像数据的波长为按从左至右，从上至下的顺序分别为550nm，600nm，480nm，650nm，450nm，500nm。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限。

Claims (6)

1.一种多镜头光谱相机(100)，其特征在于，包括：

用于拍摄被测物的镜头阵列(10)；

设于所述镜头阵列(10)的光线入射方向后侧的一个图像传感器(20)，该一个图像传感器(20)设置成用于将所述镜头阵列(10)的各镜头采集的光学图像转换成电信号；和

用于对射入所述镜头阵列(10)内的光线进行窄带滤波的滤色单元(30)，

所述镜头阵列(10)在纵方向上至少设有一个镜头，在横方向上至少设有一个镜头，且所述镜头阵列(10)中镜头的数量至少为2个，

所述图像传感器(20)具有与所述镜头阵列(10)的各镜头相对应的感光区域(Z)，

在横方向上和在纵方向上，所述镜头阵列(10)的各镜头位于所述图像传感器(20)覆盖的区域内部，且所述镜头阵列(10)的各镜头在图像传感器(20)上的感光区域(Z)相互独立。

2.根据权利要求1所述的多镜头光谱相机(100)，其特征在于，所述滤色单元(30)设于所述镜头阵列(10)的光线入射方向前侧，所述滤色单元(30)为设于所述镜头阵列(10)的光线射入方向前侧的滤色片(31)，所述滤色片(31)的数量与所述镜头阵列(10)中镜头的数量对应相等。

3.根据权利要求1所述的多镜头光谱相机(100)，其特征在于，所述滤色单元(30)为设于所述镜头阵列(10)的光线射入方向的后侧，且设于该一个图像传感器(20)的光线入射方向前侧的镀膜层(32)。

4.根据权利要求1所述的多镜头光谱相机(100)，其特征在于，所述镜头阵列(10)的镜头在横方向上的数量和所述镜头阵列(10)的镜头在纵方向上的数量的比值为4:3，6:5，16:10，3:2或1:1。

5.根据权利要求1所述的多镜头光谱相机(100)，其特征在于，所述镜头阵列(10)中的镜头为变焦镜头或定焦镜头。

6.根据权利要求1所述的多镜头光谱相机(100)，其特征在于，所述图像传感器(20)为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。

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