CN217236981U - 一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，涉及光谱成像仪技术领域，解决现有的光谱成像仪探测范围小的技术问题，包括外壳，所述外壳的正面开设有通孔，外壳的内部靠近所述通孔的位置处设置有长波通二向色镜，所述长波通二向色镜的反射方向设置有RGB相机、透射方向设置有近红外多光谱相机；外壳的内部还设置有控制主板，所述控制主板连接有外置拍照按钮和电池，控制主板用于控制各个设备及为各个设备供电；本实用新型通过RGB相机可获取三个可见光波长的光谱图像，对微型近红外多光谱相机做了探测波长范围的补充，极大地扩展了应用场景，另外采用光路共轴的光路方式可以减少两个相机之间的匹配误差，提高成像质量。

Description

一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪

技术领域

本实用新型涉及红外光谱成像仪技术领域，更具体的是涉及一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪。

背景技术

光谱技术是指利用光与物质的相互作用研究分子结构及动态特性的学科，即通过获取光的发射，吸收与散射信息可获得与样品相关的化学信息。成像技术则是获取目标的影像信息，研究目标的空间特性信息。光谱成像技术则是在普通的二维空间成像的基础上，增加了一维的光谱信息。由于不同物质的组成成分不同，其对应的光谱之间存在差异，从而利用光谱进行识别和分类。光谱成像技术根据电磁波段的不同，可以分为紫外，可见光，近红外和中红外区域，不同的波段区域在不同的领域有其独特的应用。

根据光谱分辨率的不同，一般将光谱成像仪器分为多光谱成像仪，波段从几个到几十个之间。高光谱成像仪，波段至少在100个以上，对于手持式光谱成像仪来说，一般为多光谱成像仪。传统的光谱成像仪，一种以光栅作为分光器件，相机作为图像采集设备，还要附加额外的推扫装置；另一种则是以滤光片轮为分光器件，每多一个波长都需要增加一个对应的滤光片，滤光片轮也会变大。这两种成像谱仪在性能上都很高，探测范围可以覆盖大部分的应用领域，但因其系统结构复杂，很难在体积上做到很小，而且其核心的分光器件都价格不菲。难以大规模推广应用。

近年来，MEMS技术(即微机电系统)发展不断成熟，基于MEMS技术的光谱相机也被实用新型，其最大的优点在于体积小巧，造价低廉，但目前由于材料的限制，基于MEMS技术的光谱相机波段数有限，且仅在700～950nm的近红外范围内成像，应用领域极为有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决现有的光谱成像仪探测范围小的技术问题，本实用新型提供一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，包括外壳，外壳的正面开设有通孔，外壳的内部靠近通孔的位置处设置有长波通二向色镜，长波通二向色镜的反射方向设置有RGB相机、透过方向设置有近红外多光谱相机；

外壳的内部还设置有控制主板，控制主板连接有外置拍照按钮和电池，控制主板用于控制各个设备及为各个设备供电。

进一步地，长波通二向色镜与外壳的对折面呈一定夹角设置，且夹角为45度。

进一步地，RGB相机为采用工业RGB色彩模式的彩色相机，所获取的图像为红、绿、蓝三个颜色通道的图像。

进一步地，三个颜色通道的波长取值范围分别为600～650nm(R)、500～550nm(G)和420～470nm(B)。

进一步地，外壳的外壁上设置有近红外led补光灯。

进一步地，近红外led补光灯主要是由多个近红外波长led灯珠组合而成的照明模块，照明模块的发射光谱覆盖近红外多光谱相机的波段范围。

进一步地，外壳的外壁上设置有白光led补光灯。

进一步地，通孔的位置处设置有保护镜头。

进一步地，保护镜头采用UV滤镜。

进一步地，外壳的背面设置有显示屏。

本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型通过长波通二向色镜、RGB相机和近红外多光谱相机的配合，利用RGB相机可获取三个可见光波长的光谱图像，将其与近红外多光谱相机结合，组成光谱成像仪，其探测范围覆盖了可见光和近红外光，拓展了应用领域，而且在体积小巧，作为手持式设备移动性更好，采用光路共轴的方式使入射到两个相机的主光线几乎一致，减少了两个相机之间的匹配误差，提高了成像质量。

2.本实用新型通过RGB的三个波长通道，扩展了三个可见光波长的光谱图像，将本实用新型的波段范围扩大，增加了应用场景，使得适用范围更广。

3.本实用新型通过设置近红外led补光灯，能够有效提高近红外多光谱相机的成像质量，更进一步地提升本实用新型的成像效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的流程图。

附图标记：1-外壳；2-保护镜头；3-长波通二向色镜；4-RGB相机；5-近红外多光谱相机；6-近红外led补光灯；7-白光led补光灯；8-控制主板；9-电池；10-拍照按钮；11-显示屏。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，包括外壳1，外壳1的正面开设有通孔，外壳1的内部靠近通孔的位置处设置有长波通二向色镜3，长波通二向色镜3的反射方向设置有RGB相机4、透过方向设置有近红外多光谱相机5，其中红外多光谱相机为在近红外波段的，可拍摄几个特定波段的微型相机；

外壳1的内部还设置有控制主板8，控制主板8连接有外置拍照按钮10和电池9，控制主板8用于控制各个设备及为各个设备供电。

具体地，近红外多光谱相机5采用的是基于MEMS技术的微型近红外相机，可拍摄700～950nm波段中特定的10个波长的光谱图像，像素数约为130万，视场角为45度。

具体地，控制主板8有处理器单元和存储单元，可以安装安卓系统，并在系统上运行应用程序APP，应用程序可以保存成像仪所获取的数据，可以对数据进行必要的数据处理。控制主板8有控制接口，连接所有硬件，控制RGB相机4和近红外光谱相机的曝光时间和拍照动作，控制主板8由电池9供电，且负责给所有硬件供电。

本实用新型通过长波通二向色镜3、RGB相机4和近红外多光谱相机5的配合，利用RGB相机4可获取三个可见光波长的光谱图像，将其与基于MEMS技术的近红外多光谱相机5结合，组成光谱成像仪，其探测范围覆盖了可见光和近红外光，拓展了应用领域，而且在体积小巧，作为手持式设备移动性更好，采用光路共轴的方式使入射到两个相机的主光线几乎一致，减少了两个相机之间的匹配误差，提高了成像质量。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，关于本实用新型中长波通二向色镜3做出优化说明。

如图1所示，长波通二向色镜3与外壳1的对折面呈一定夹角设置，且夹角为45度，能够使得分光效果佳。

实施例3

本实施例是在上述实施例基础上，关于RGB相机4做出说明。

如图1所示，RGB相机4为采用工业RGB色彩模式的彩色相机，所获取的图像为红、绿、蓝三个颜色通道的图像。

进一步地，由RGB相机4所拍摄的可见光光谱图像是三个特定的波长，对应相机光谱响应曲线的最高值，三个颜色通道的波长取值范围分别为600～650nm(R)、500～550nm(G)和420～470nm(B)。

具体地，RGB相机4采用的是与某手机相同型号的主摄镜头相机，像素数为1200万，视场角为60度。

本实用新型通过RGB的三个波长通道，扩展了三个可见光波长的光谱图像，将本实用新型的波段范围扩大，增加了应用场景，使得适用范围更广。

实施例4

本实施例是在上述实施例基础上，关于进一步提升本实用新型的成像效果做出优化说明。

如图1所示，外壳1的外壁上设置有近红外led补光灯6。

进一步地，近红外led补光灯6主要是由多个具有不同波长的近红外波长led灯珠组合而成的照明模块，照明模块的发射光谱覆盖近红外多光谱相机5的波段范围，对被拍摄物体进行补偿照明，并保证一定的亮度。

具体地，近红外led补光灯6采用与近红外多光谱相机5特定10个波长或相近波长的led灯珠。

进一步需要说明的是，近红外led补光灯6的波长，可以选择数量多于近红外多光谱相机5的特定波长数，也可以选择数量少于近红外多光谱相机5的特定波长数。选择数量多的时，可以根据近红外多光谱相机5的覆盖范围，选择间隔更密集的波长灯珠；选择数量少的时，可以根据近红外多光谱相机5的覆盖范围，选择几个波长平均的灯珠以组成照明模块，但亮度要相应提高。

本实用新型通过设置近红外led补光灯6，能够有效提高近红外多光谱相机5的成像质量，更进一步地提升本实用新型的成像效果。

进一步地，外壳1的外壁上设置有白光led补光灯7，其中，白光led补光灯7采用的是10流明或以上的白色发光二极管。

具体地，控制主板8控制近红外led补光灯6和白光led补光的开关和时间。

进一步需要说明的是，近红外led补光灯6和白光led补光灯7均可以设置一个，也可以设置多个，具体情况根据应用场景设置和开启。

本实施例中，白光led补光灯7，RGB相机4，近红外多光谱相机5，近红外led补光灯6的相对位置和排列方式不仅限于如图1中的一行，可以为二*二排列，任意三个一列+一个在外的方式或其他方式排列。

实施例5

本实施例是在上述实施例基础上，对本实用新型做出进一步地优化说明。

如图1所示，通孔的位置处设置有保护镜头2。

进一步地，保护镜头2采用UV滤镜；可以隔绝紫外光，并起到隔绝保护和减小噪声干扰的作用。

进一步地，外壳1的背面设置有显示屏11；通过显示屏11触摸进行与成像仪的交互，进行成像仪的结果显示。

本实用新型的工作原理为：

进入成像仪的光经过长波通二向色镜3，被长波通二向色镜3分为可见光波段和长波波段，其中可见光波段即短波波段，可见光波段的光被反射进入到RGB相机4，长波波段的光透过长波通二向色镜3后进入近红外多光谱相机5。根据几何光学原理，近红外多光谱相机5正对保护镜头2所张的角度为可拍摄视场角，根据反射镜的成像原理也可以计算得到RGB相机4的可拍摄视场角。

如图2所示，按下拍摄按钮后，整个仪器执行的整个流程如下，首先根据环境条件，设置白光led补光灯7是否开启及曝光时间，设置近红外led补光灯6是否开启及曝光时间，然后RGB相机4先进行拍摄，并保存数据，接着近红外多光谱相机5进行拍摄，并保存数据。两个相机的数据经过预处理后，可以在显示屏11上查看图像，或者将数据直接导入到分析模型中，得到分析结果。

Claims (10)

1.一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，包括外壳(1)，其特征在于，所述外壳(1)的正面开设有通孔，外壳(1)的内部靠近所述通孔的位置处设置有长波通二向色镜(3)，所述长波通二向色镜(3)的反射方向设置有RGB相机(4)、透射方向设置有近红外多光谱相机(5)；

外壳(1)的内部还设置有控制主板(8)，所述控制主板(8)连接有外置拍照按钮(10)和电池(9)，控制主板(8)用于控制各个设备及为各个设备供电。

2.根据权利要求1所述的一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，其特征在于，所述长波通二向色镜(3)与外壳(1)的对折面呈一定夹角设置，且夹角为45度。

3.根据权利要求1所述的一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，其特征在于，所述RGB相机(4)为采用工业RGB色彩模式的彩色相机，所获取的图像为红、绿、蓝三个颜色通道的图像。

4.根据权利要求3所述的一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，其特征在于，所述三个颜色通道的波长取值范围分别为600～650nm、500～550nm和420～470nm。

5.根据权利要求1所述的一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，其特征在于，所述外壳(1)的外壁上设置有近红外led补光灯(6)。

6.根据权利要求5所述的一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，其特征在于，所述近红外led补光灯(6)主要是由多个近红外波长led灯珠组合而成的照明模块，所述照明模块的发射光谱覆盖近红外多光谱相机(5)的波段范围。

7.根据权利要求1所述的一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，其特征在于，所述外壳(1)的外壁上设置有白光led补光灯(7)。

8.根据权利要求1所述的一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，其特征在于，所述通孔的位置处设置有保护镜头(2)。

9.根据权利要求8所述的一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，其特征在于，所述保护镜头(2)采用UV滤镜。

10.根据权利要求1所述的一种光路共轴的手持式可见光近红外光谱成像仪，其特征在于，所述外壳(1)的背面设置有显示屏(11)。

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