CN210625851U - 一种高光谱成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种高光谱成像系统，包括成像镜头、分光器和成像芯片，成像镜头包括镜头与镜座，镜头固定于镜座内环，成像芯片被设置于镜头的后端部，分光器被设置于成像镜头与成像芯片之间。本实用新型的一种高光谱成像系统结构紧凑，制造简单，非常适合用于小型化的镜头组件，尤其是用于移动设备等应用领域，整个模组体积小巧，便于携带，实用性较强。

Description

一种高光谱成像系统

相关申请

本申请要求保护在2019年10月22日提交的申请号为201921778118.1的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容以引用的方式结合到本文中。

技术领域

本实用新型属于高光谱成像检测领域，具体涉及一种高光谱成像系统。

背景技术

高光谱成像技术将成像与光谱融合，推扫型或凝视型高光谱相机已经广泛应用于地质、农业、海洋、医学、军事以及大气遥感等各个领域，而在手机领域的应用仍是空缺状态。

手机摄像能力是评价一部手机性能的重要指标之一，镜头体积越来越小型化、分辨率越来越高清化以及sensor分辨率越来越高清化。然而，目前市面上手机的拍摄功能仅限于成像，若能捕捉到光谱维度信息，将高光谱成像技术应用到手机上，将充分发挥手机摄像功能。

分光器是高光谱相机中必不可少的部件，分光原理主要包括：光栅分光型、色散分光型、声光可调谐滤波分光型以及棱镜分光型等。现有的推扫式色散分光型成像光谱仪，容易出现光谱弯曲、色散非线性等现象，导致其光谱混叠度高，同时光谱范围较窄等问题，并且成像系统的紧凑性较低。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种高光谱成像系统，主要包括分光器、成像镜头、成像芯片以及滤光片等部件。可见光红外的连续光谱按一定步长被分光器分光，分出的所有波段均被镜头成像在sensor上(即凝视型高光谱成像)，再经过光谱算法处理，最终得到待测物的光谱信息。本实用新型涉及的高光谱相机模组中的分光器基于法布里-珀罗干涉原理(FPI)，整个模组结构紧凑，体积小巧，易于集成到手机，及时解决了目前手机市场上的空缺。

本申请的实施例提出了一种高光谱成像系统，包括成像镜头、分光器和成像芯片，成像镜头包括镜头与镜座，镜头固定于镜座内环，成像芯片被设置于镜头的后端部，分光器被设置于成像镜头与成像芯片之间。

优选的，成像系统还包括固定于镜座后端部的PCB线路板，成像芯片被安装在PCB线路板上。成像芯片内设置有成像面，成像芯片可以是高灵敏CCD或CMOS芯片。

优选的，PCB线路板与镜座形成一腔体，分光器和成像芯片被设置在腔体内。PCB线路板为成像芯片和分光器提供信号。

优选的，镜头上设置有螺牙，镜头通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式被固定在镜座上。镜头主要将光线聚焦到成像芯片。

优选的，镜座后端部采用胶水粘合或定位柱卡合的方式固定在PCB线路板上。镜座用来固定镜头和封闭整个模组。

优选的，成像系统还包括滤光片，滤光片被设置在镜头与分光器之间，或者被设置在分光器与成像芯片之间，或者被设置在镜头外部。滤光片将不需要的波段的光截止，不让其透过。

优选的，分光器包括FPI分光器。单波段的光可以通过FPI分光器。

优选的，成像系统还包括垫高片，垫高片被设置在成像芯片的外围，分光器通过垫高片被架设在成像芯片上。垫高片主要垫高分光器，使成像芯片不会与分光器相撞。

优选的，PCB线路板包括镜座设置区域和电子元器件摆放区域，电子元器件摆放区域位于镜座设置区域的旁边。电子元器件摆放区域包括多个电子元器件，主要为驱动分光器和成像芯片的电子元器件摆放的空间，成像系统还包括FPC线路板，将整个模组和外部(例如手机主板)连接。

优选的，镜座为音圈马达。具有自动对焦的功能，通过音圈马达可以调节镜头的位置，呈现清晰的图像。

本申请的实施例提出了一种高光谱成像系统，包括成像镜头、滤光片、分光器和成像芯片。光(物像)经过镜头时，在镜头产生不同的折射，光从镜头出来后依次经过滤光片和分光器，最后在成像面聚焦，经过成像芯片传输到外部处理器。高光谱成像技术是将成像技术与光谱探测技术结合，在对目标的空间特征成像的同时，对每个空间像元经过色散形成几十个乃至几百个窄波段以进行连续的光谱覆盖。高光谱图像集样本的图像信息与光谱信息于一身，图像信息可以反映样本的大小、形状、缺陷等外部品质特征。将高光谱成像技术应用到移动设备领域，通过手机等移动设备对日常接触的物品随时随地拍摄，从成像和光谱维度分析所见所闻，对肉眼不能分辨的事物进行分析，比如检测食品成分、或食品是否变质。高光谱成像技术在手机等移动设备上的应用，将充分发挥移动设备的摄像功能。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是本实用新型的实施例的高光谱成像系统的侧视图；

图2是本实用新型的实施例的高光谱成像系统的正视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合附图1对本实用新型作详细的介绍，本实用新型的一个实施例中提出了一种高光谱成像系统，包括成像镜头、分光器14和成像芯片17。成像镜头包括镜头11与镜座12，镜头11固定于镜座12内环，成像芯片17被设置于镜头11的后端部，分光器14被设置于成像镜头与成像芯片17之间。该成像系统适合制成模块化的镜头产品，并且由于结构简单紧凑，非常适用于手机作为手机摄像头使用。当然，该成像系统也可以用于除手机之外的电子产品，例如PAD、笔记本电脑、独立摄像头等移动设备上。

在具体的实施例中，镜座12为音圈马达，具有自动对焦的功能，通过音圈马达可以调节镜头11的位置，呈现清晰的图像。

在优选的实施例中，音圈马达可以为圆柱形结构，与镜头11搭配进而实现自动对焦的功能，可替代的，音圈马达还可以为除了圆柱形结构之外其他的结构，例如矩形结构、扁平结构、圆形(含弧形)结构，可以根据实际的设计需求，采用合适的外形结构，同样可以实现本实用新型的技术效果。

在具体的实施例中，PCB线路板16与镜座12形成一腔体，分光器14和成像芯片17被设置在腔体内，PCB线路板16为成像芯片17和分光器14提供信号。

在具体的实施例中，镜座12后端部采用胶水粘合或定位柱卡合的方式固定在PCB线路板16上，镜座12用来固定镜头11和封闭整个模组。在其他的实施例中，镜座12固定在PCB线路板16上的方式也可以采用螺钉定位固定。

在具体的实施例中，镜头11上设置有螺牙，镜头11通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式被固定在镜座12上，镜头11主要是将光线聚焦到成像芯片17。光(物像)经过镜头11，在镜头11产生不同的折射，会使光线在成像面171聚焦，光线在成像面171聚焦前会先经过滤光片13和分光器14。

在具体的实施例中，成像系统还包括滤光片13，滤光片13被设置在镜头11与分光器14之间，或者被设置在分光器14与成像芯片17之间，或者设置在镜头11的外部，滤光片13因为制作工艺的关系，只要这个光学系统有空间摆放即可。光经过镜头11出来后，会经过滤光片13，滤光片13将不需要的波段的光截止，不让其透过。

在具体的实施例中，分光器14包括FPI分光器，FPI分光器14由MEMS工艺加工而成，由控制电压驱动调节FPI结构中两个镜面间的相对距离，进而选通光谱上特定波长，单波段的光可以通过分光器14。光经过滤光片13出来后，会进入分光器14，分光器14根据不同的电信号输入对不同波段的光进行放行透过，从而起到分光的作用。

在具体的实施例中，成像系统还包括固定于镜座12后端部的PCB线路板16，成像芯片17被安装在PCB线路板16上。成像芯片17内设置有成像面171，成像芯片17可以是高灵敏CCD或CMOS芯片，成像芯片17通过锡焊方式导通固定在PCB线路板16上。当所需单波段的光经过分光器14后进入成像芯片17，聚焦在成像面171，成像芯片17会捕捉单波段二维的图像信息和每个像素的光谱信息，通过电信号传输到外部处理器，外部处理器根据算法将捕捉到的二维图片信息和光谱信息，整合成照片和光谱曲线，最后根据光谱曲线做相关的应用和分析。在其他的实施例中，导通固定方式也可以通过导线方式导通和胶水固定。

在具体的实施例中，成像系统还包括垫高片15，垫高片15被设置在成像芯片17的外围，分光器14通过垫高片15被架设在成像芯片17上。分光器14通过胶水粘合被固定在垫高片15上，垫高片15通过胶水粘合被固定在PCB线路板16上，分光器14通过导线导通的方式与PCB线路板16连接。垫高片15主要垫高分光器14，使成像芯片17不会与分光器14相撞。在其他实施例中，垫高片15与分光器14和PCB线路板16的固定方式，也可以是分光器14和PCB线路板16底部设计有焊盘，垫高片15两面都设计有相对应的焊盘，焊盘之间通过焊锡或者导电胶导电固定。

在具体的实施例中，PCB线路板16包括镜座11设置区域和电子元器件摆放区域2，电子元器件摆放区域2位于镜座11设置区域的旁边。电子元器件摆放区域2包括多个电子元器件21，主要为驱动分光器14和成像芯片17的电子元器件摆放的空间，此空间可以根据模组要求设计成不同结构，图所示的电子元器件21数量不是全部的数量。成像系统还包括FPC线路板3，FPC线路板3将整个模组和外部(例如手机主板)连接，FPC线路板3的出线位置可根据模组的结构要求制定。

本申请的实施例提出了一种高光谱成像系统，包括成像镜头、滤光片13、分光器14和成像芯片17，光(物像)经过镜头11，在镜头11产生不同的折射，光从镜头11出来后依次经过滤光片13和分光器14，最后在成像面171聚焦，经过成像芯片17传输到外部处理器。高光谱成像技术是将成像技术与光谱探测技术结合，在对目标的空间特征成像的同时，对每个空间像元经过色散形成几十个乃至几百个窄波段以进行连续的光谱覆盖。高光谱图像集样本的图像信息与光谱信息于一身，图像信息可以反映样本的大小、形状、缺陷等外部品质特征。将高光谱成像技术应用到手机等移动设备领域，通过手机等移动设备对日常接触的物品随地拍摄，从成像和光谱维度分析所见所闻，对肉眼不能分辨的事物进行分析，比如检测食品成分或食品是否变质。高光谱成像技术在移动设备上的应用，将充分发挥移动设备的摄像功能。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高光谱成像系统，其特征在于，包括成像镜头、分光器和成像芯片，所述成像镜头包括镜头与镜座，所述镜头固定于所述镜座内环，所述成像芯片被设置于所述镜头的后端部，所述分光器被设置于所述成像镜头与所述成像芯片之间。

2.根据权利要求1所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括固定于所述镜座后端部的PCB线路板，所述成像芯片被安装在所述PCB线路板上。

3.根据权利要求2所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述PCB线路板与所述镜座形成一腔体，所述分光器和所述成像芯片被设置在所述腔体内。

4.根据权利要求1所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述镜头通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式被固定在所述镜座上。

5.根据权利要求2所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述镜座后端部采用胶水粘合或定位柱卡合的方式固定在所述PCB线路板上。

6.根据权利要求1所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括滤光片，所述滤光片被设置在所述镜头与所述分光器之间，或者被设置在所述分光器与所述成像芯片之间，或者设置在镜头的外部。

7.根据权利要求1所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述分光器包括FPI分光器。

8.根据权利要求7所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括垫高片，所述垫高片被设置在所述成像芯片的外围，所述FPI分光器通过所述垫高片被架设在所述成像芯片上。

9.根据权利要求2所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述PCB线路板包括镜座设置区域和电子元器件摆放区域，所述电子元器件摆放区域位于所述镜座设置区域的旁边。

10.根据权利要求1所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述镜座为音圈马达。

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