專利名稱：水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于魚眼鏡頭的水稻冠層多光譜混合 成像系統(tǒng)，可通過單一魚眼鏡頭實(shí)現(xiàn)多光譜探測(cè)。
背景技術(shù)：
任何植物在生長(zhǎng)過程中對(duì)陽光中不同波段的光譜的吸收和反射都具有選擇性， 尤其是對(duì)近紅外光的吸收差別較大，通過定量地測(cè)量植物對(duì)每種波長(zhǎng)的吸收和反射特 性，可以對(duì)植物生長(zhǎng)狀況做出詳盡的分析。采用可見/近紅外光反射光譜分析技術(shù)可快 速測(cè)定植被表面參數(shù)、植物冠層信息、植物養(yǎng)分信息、土壤養(yǎng)分信息、環(huán)境參數(shù)和植物 病蟲害程度等。水稻作為亞洲人需求量最大的食品，研制一種水稻冠層分析系統(tǒng)對(duì)其品 種改良、病蟲害防治和生長(zhǎng)狀況監(jiān)測(cè)等方面都有著巨大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。對(duì)植物冠層數(shù)據(jù)的采集要滿足大視場(chǎng)角、寬光譜范圍、能實(shí)時(shí)分析以及體積緊 湊適于戶外使用等特性。目前已有的植物冠層分析系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的方式主要有多相機(jī) 采集與全景式采集兩種前一種方式雖然有圖像畸變小的優(yōu)點(diǎn)，但圖像需要后期拼接處 理，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，且整體重量較重，不適合戶外手持操作；全景式采集可以避免 這種缺點(diǎn)，且體積小、重量輕。魚眼鏡頭作為全景式信息采集的一種典型方式，在攝 影、安防、電影放映和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。目前市場(chǎng)上采用這種結(jié)構(gòu)的 系統(tǒng)主要有美國(guó)LI-COR公司的LAI-2000型植物冠層分析儀和英國(guó)的HemiView數(shù)字植物 冠層分析系統(tǒng)前者體積小，可手持操作，工作波長(zhǎng)范圍在320 490nm，其他波段濾 除；后者由于采用的是魚眼鏡頭配商用數(shù)碼單反相機(jī)的方式，像素高，但體積較大。這 兩種系統(tǒng)存在的缺陷是都采用固定濾光片，探測(cè)器探測(cè)到的是整個(gè)波段的混合信息，無 法區(qū)分出單波段光譜的植物吸收狀況。魚眼鏡頭由于其視場(chǎng)很大，無法通過在鏡頭外部 附加濾光片的方式選擇光譜，只能在光路中的某個(gè)位置加入濾光片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水稻冠層多光譜混合魚眼成 像系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)，包括魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)和濾光片切換 結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分，魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)包括13塊鏡片依次排列的透鏡組成的11個(gè)鏡組。第 一透鏡和第二透鏡是負(fù)彎月形透鏡，均是凸面朝前；第三透鏡是雙凹形透鏡，曲率絕對(duì) 值大的面朝前；第四透鏡是正彎月形透鏡，凹面朝前；第五透鏡是平凸形透鏡，凸面朝 前；濾光片是平板玻璃；第七透鏡是正彎月形透鏡，凸面朝前；第八透鏡是正彎月形透 鏡，凹面朝前；第九透鏡是負(fù)彎月形透鏡，凸面朝前；第十透鏡是雙凸透鏡，曲率絕對(duì) 值大的面朝前；第九透鏡的后表面與第十透鏡的前表面膠合；第十一透鏡是正彎月形透 鏡，凹面朝前；第十二透鏡是負(fù)彎月形透鏡，凹面朝前；第十一透鏡的后表面與第十二透鏡的前表面膠合；第十三透鏡是正彎月形透鏡，凸面朝前；第五透鏡的后表面是一個(gè) 衍射面。前鏡筒內(nèi)有5個(gè)放置透鏡的槽，第一透鏡從前鏡筒前端的通孔放入第1個(gè)槽； 第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡從前鏡筒后端的通孔依次放入，置于第2到 第5個(gè)槽中；前鏡筒后端有用于連接前鏡筒與濾光片轉(zhuǎn)盤盒的若干螺孔。后鏡筒內(nèi)有5 個(gè)放置透鏡的槽，第七透鏡和第八透鏡從后鏡筒的前端通孔放入第1和第2個(gè)槽中；第九 透鏡第十透鏡組成的膠合鏡組從后鏡筒后端放入第3個(gè)槽中；第十一透鏡和第十二透鏡 組成的膠合鏡組從后鏡筒的后端放入第4個(gè)槽中；第十三透鏡從后鏡筒后端放入第5個(gè)槽 中；后鏡筒的前端有用于連接濾光片轉(zhuǎn)盤盒的若干螺孔。濾光片固定于濾光片轉(zhuǎn)盤的通 孔中，濾光片轉(zhuǎn)盤圓心處有一螺孔，濾光片轉(zhuǎn)盤密封于濾光片轉(zhuǎn)盤盒中，濾光片轉(zhuǎn)盤盒 與前后鏡筒連接的面上有若干螺孔，與前后鏡筒上的螺孔相對(duì)應(yīng)，起到連接前后鏡筒的 作用，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸穿過濾光片轉(zhuǎn)盤盒后表面中心的通孔，轉(zhuǎn)軸伸入此通孔與濾光片 轉(zhuǎn)盤中心的螺孔相連接。一種水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)，包括魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)和濾光片切換 結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分，魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)包括13塊鏡片依次排列的透鏡組成的11個(gè)鏡組。第 一透鏡和第二透鏡是負(fù)彎月形透鏡，均是凸面朝前；第三透鏡是雙凹形透鏡，曲率絕對(duì) 值大的面朝前；第四透鏡是正彎月形透鏡，凹面朝前；第五透鏡是平凸形透鏡，凸面朝 前；濾光片是平板玻璃；第七透鏡是正彎月形透鏡，凸面朝前；第八透鏡是正彎月形透 鏡，凹面朝前；第九透鏡是負(fù)彎月形透鏡，凸面朝前；第十透鏡是雙凸透鏡，曲率絕對(duì) 值大的面朝前；第九透鏡的后表面與第十透鏡的前表面膠合；第十一透鏡是正彎月形透 鏡，凹面朝前；第十二透鏡是負(fù)彎月形透鏡，凹面朝前；第十一透鏡的后表面與第十二 透鏡的前表面膠合；第十三透鏡是正彎月形透鏡，凸面朝前；第五透鏡的后表面是一個(gè) 衍射面。前鏡筒內(nèi)有5個(gè)放置透鏡的槽，第一透鏡從前鏡筒的前端通孔放入第1個(gè)槽； 第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡從前鏡筒的后端通孔依次放入，置于第2到 第5個(gè)槽中；前鏡筒的后端有用于連接前鏡筒與濾光片方盒的若干螺孔。后鏡筒內(nèi)有5 個(gè)放置透鏡的槽，第七透鏡和第八透鏡從后鏡筒的前端通孔放入第1和第2個(gè)槽中；第 九透鏡第十透鏡組成的膠合鏡組從后鏡筒的后端放入第三個(gè)槽中；第十一透鏡和第十二 透鏡組成的膠合鏡組從后鏡筒的后端放入第4個(gè)槽中；第十三透鏡從后鏡筒的后端放入 5個(gè)槽中；后鏡筒前端有用于連接濾光片方盒的若干螺孔。濾光片固定于濾光片架的通 孔中，濾光片架掛在通過其上方通孔的光桿上，可沿光桿自由滑動(dòng)，光桿兩端固定于濾 光片方盒的兩壁上，濾光片架頂部安裝有齒條，與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上套的齒輪相嚙合。濾 光片架、齒輪和齒條密封于濾光片方盒中，濾光片方盒與前后鏡筒連接的面上有若干螺 孔，與前后鏡筒上的螺孔相對(duì)應(yīng)，起到連接前后鏡筒的作用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果1、由于使用了光學(xué)系統(tǒng)中加入了二元光學(xué)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)適用光譜 寬，不僅可用于可見光波段檢測(cè)，還可應(yīng)用于近紅外波段檢測(cè)，滿足對(duì)水稻冠層檢測(cè)的需求。2、系統(tǒng)具有可切換式濾光片的機(jī)械結(jié)構(gòu)，方便進(jìn)行不同波段的光譜分析，適合 于水稻冠層不同光譜段的檢測(cè)。


圖1是包含衍射面的光學(xué)系統(tǒng)光線追跡圖，IMA為像面；圖2是采用旋轉(zhuǎn)式濾光片轉(zhuǎn)盤切換光譜結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖；圖3是采用旋轉(zhuǎn)式濾光片轉(zhuǎn)盤切換光譜結(jié)構(gòu)的濾光片轉(zhuǎn)盤沿光軸方向視圖，以 可安裝4片濾光片的轉(zhuǎn)盤為例；圖4是采用齒輪驅(qū)動(dòng)齒條橫向運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖；圖5是采用齒輪驅(qū)動(dòng)齒條橫向運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的濾光片架沿光軸方向視圖，以可安裝3 片濾光片的濾光片架為例；圖中第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、濾光 片6、第七透鏡7、第八透鏡8、第九透鏡9、第十透鏡10、第i^一透鏡11、第十二透鏡 12、第十三透鏡13、前鏡筒14、后鏡筒15、濾光片轉(zhuǎn)盤盒16、濾光片轉(zhuǎn)盤17、步進(jìn)電機(jī) 18、濾光片方盒19、齒輪20、齒條21、光桿22、濾光片架23。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明魚眼鏡頭設(shè)計(jì)方案共使用了 13塊透鏡，依次排列成11個(gè)鏡組，其中包括 兩個(gè)雙膠合透鏡組、8個(gè)單片透鏡以及一塊可切換式濾光片位于前端的兩個(gè)透鏡是負(fù) 彎月形透鏡用以將大入射角的光線導(dǎo)入系統(tǒng)以便后組成像，為了控制色散，使用低折射 率、低色散的冕牌玻璃；后3組使用冕牌與火石交替的結(jié)構(gòu)來控制像差，第5塊透鏡的后 表面采用衍射面。位于中部的透鏡是厚度為4mm的K9平板玻璃用以模擬濾光片；位于 后部的兩個(gè)單透鏡和兩個(gè)膠合透鏡用于控制色差；最后一塊透鏡用于控制像高。本發(fā)明 全部使用中國(guó)玻璃庫(kù)，且均為球面玻璃。由于系統(tǒng)不僅要在可見光范圍內(nèi)成像，對(duì)SOOnm左右的近紅外光也同樣要求有 良好的像質(zhì)，但大視場(chǎng)往往會(huì)造成光學(xué)系統(tǒng)出現(xiàn)較嚴(yán)重的色散現(xiàn)象，對(duì)整體成像質(zhì)量的 有較大影響。為了解決這個(gè)問題，在系統(tǒng)中加入衍射面，它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)像差特別是色 差方面的校正起到了很大的作用，實(shí)現(xiàn)了像質(zhì)的提高，同時(shí)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了小型 化。為了實(shí)現(xiàn)濾光片的切換，系統(tǒng)在盡量保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，還需要在濾光前 后留出足夠的空間。由于濾光片在切換過程中要移出鏡筒，因此將系統(tǒng)在濾光片位置分 為兩段，前后鏡筒通過中間的濾光片切換機(jī)構(gòu)連接。為了保證濾光片和機(jī)械結(jié)構(gòu)所需的 空間，設(shè)計(jì)過程中特別注意增加了濾光片前后的距離。本發(fā)明采用兩種濾光片切換結(jié) 構(gòu)第一種采用旋轉(zhuǎn)式濾光片轉(zhuǎn)盤切換光譜的結(jié)構(gòu)濾光片均勻分布于濾光片轉(zhuǎn)盤的通 孔中，轉(zhuǎn)盤密封于濾光片轉(zhuǎn)盤盒中，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣 不同濾光片即可按要求切斷光路，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器探測(cè)不同波長(zhǎng)的信息。第二種采用齒輪齒 條嚙合橫向運(yùn)動(dòng)切換光譜的結(jié)構(gòu)濾光片安放于濾光片架的通孔中，可沿桿自由滑動(dòng)， 濾光片架頂部裝有齒條，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其轉(zhuǎn)軸上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒條作垂直于光 軸方向的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同濾光片的切換。下面結(jié)合附圖實(shí)例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1所示是包含衍射面的光學(xué)系統(tǒng)光線追跡圖，第一透鏡1和第二透鏡2是負(fù) 彎月形透鏡，均是凸面朝前；第三透鏡3是雙凹形透鏡，曲率絕對(duì)值大的面朝前；第四透鏡4是正彎月形透鏡，凹面朝前；第五透鏡5平凸形透鏡，凸面朝前；濾光片6是平 板玻璃；第七透鏡7是正彎月形透鏡，凸面朝前；第八透鏡8是正彎月形透鏡，凹面朝 前；第九透鏡9是負(fù)彎月形透鏡，凸面朝前；第十透鏡10是雙凸透鏡，曲率絕對(duì)值大的 面朝前；第九透鏡9的后表面與第十透鏡10的前表面膠合；第十一透鏡11是正彎月形透 鏡，凹面朝前；第十二透鏡12是負(fù)彎月形透鏡，凹面朝前；第十一透鏡11的后表面與 第十二透鏡12的前表面膠合；第十三透鏡13是正彎月形透鏡，凸面朝前；第五透鏡5的 后表面是一個(gè)衍射面。如圖1所示，邊緣光線從垂直于光軸90°的半視場(chǎng)方向進(jìn)入負(fù)彎 月形第一透鏡1，再經(jīng)過其余所有透鏡折射，最終成像于IMA的CCD/CMOS探測(cè)器上。 濾光片6為K9平板玻璃，可以在光路中前后移動(dòng)位置，不會(huì)影響成像的質(zhì)量。由于入射 角較大，像面上容易產(chǎn)生色差，因此在第五透鏡5的后表面平面基底上制作了二元光學(xué) 面，這種衍射面能較好的控制色差，同時(shí)也起到減小整體光學(xué)系統(tǒng)的長(zhǎng)度的作用。本發(fā) 明長(zhǎng)度可以控制在70mm以內(nèi)。在圖1光學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了前后鏡筒結(jié)構(gòu)，以及兩種濾光片切換結(jié)構(gòu)的 實(shí)施方式。圖2和圖4分別采用旋轉(zhuǎn)式濾光片轉(zhuǎn)盤切換光譜的結(jié)構(gòu)和齒輪驅(qū)動(dòng)齒條橫向 運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，都采用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力來源，下面分別介紹這兩種形式的特點(diǎn)與適用范圍。圖2所示為本發(fā)明實(shí)施方式1，系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)式濾光片轉(zhuǎn)盤切換光譜的結(jié)構(gòu)。濾 光片6固定于濾光片轉(zhuǎn)盤17的通孔中，濾光片轉(zhuǎn)盤17圓心處有一螺孔，濾光片轉(zhuǎn)盤17 密封于濾光片轉(zhuǎn)盤盒16中，濾光片轉(zhuǎn)盤盒16與前后鏡筒連接的面上有若干螺孔，與前后 鏡筒上的螺孔相對(duì)應(yīng)，起到連接前后鏡筒的作用，步進(jìn)電機(jī)18轉(zhuǎn)軸穿過濾光片轉(zhuǎn)盤盒16 后表面中心的通孔，轉(zhuǎn)軸伸入此通孔與濾光片轉(zhuǎn)盤17中心的螺孔相連接。步進(jìn)電機(jī)18 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)盤17轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)濾光片的切換。步進(jìn)電機(jī)18可用單片機(jī) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在本實(shí)施方式中，濾光片均勻地分布于濾光片轉(zhuǎn)盤17的通孔中。如圖3所示， 以可以放置四塊濾光片的濾光片轉(zhuǎn)盤17為例，濾光片轉(zhuǎn)盤17的大小由濾光片的數(shù)量與濾 光片的直徑?jīng)Q定，其直徑隨著濾光片轉(zhuǎn)盤17上濾光片數(shù)量的增多而增大，此時(shí)需要扭矩 更大的步進(jìn)電機(jī)18來驅(qū)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，可安放的濾光片多。濾光片數(shù) 目較多時(shí)適合采用這種轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)。圖4所示為本發(fā)明實(shí)施方式2，系統(tǒng)采用齒輪驅(qū)動(dòng)齒條橫向運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。濾光 片6固定于濾光片架23的通孔中，濾光片架23掛在通過其上方通孔的光桿22上，可沿 光桿22自由滑動(dòng)，光桿22兩端固定于濾光片方盒19的兩壁上，濾光片架23頂部安裝有 齒條21，與步進(jìn)電機(jī)18轉(zhuǎn)軸上套的齒輪20相嚙合。濾光片架23、齒輪20和齒條21密 封于濾光片方盒19中，濾光片方盒19與前后鏡筒連接的面上有若干螺孔，與前后鏡筒上 的螺孔相對(duì)應(yīng)，起到連接前后鏡筒的作用。步進(jìn)電機(jī)18轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)齒輪20轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與 之嚙合的齒條21作垂直于光軸方向的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)濾光片之間的縱向切換。步進(jìn)電 機(jī)18可用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在本實(shí)施方式中，濾光片均勻地分布域?yàn)V光片架23的通孔中。如圖5所示，以 可以放置三塊濾光片的濾光片架23為例，濾光片架23的大小隨著濾光片直徑的增大和數(shù) 量的增多而增大，此時(shí)需要扭矩更大的步進(jìn)電機(jī)18來驅(qū)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是體積小、切換速度快。濾光片數(shù)目較少時(shí)適合采用這種齒輪齒條嚙合的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)，包括魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)和濾光片切換結(jié) 構(gòu)兩個(gè)部分。魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)包括13塊鏡片依次排列的透鏡組成的11個(gè)鏡組。其特 征在于第一透鏡(1)和第二透鏡(2)是負(fù)彎月形透鏡，均是凸面朝前；第三透鏡(3)是 雙凹形透鏡，曲率絕對(duì)值大的面朝前；第四透鏡(4)是正彎月形透鏡，凹面朝前；第五 透鏡(5)是平凸形透鏡，凸面朝前；濾光片(6)是平板玻璃；第七透鏡(7)是正彎月形 透鏡，凸面朝前；第八透鏡(8)是正彎月形透鏡，凹面朝前；第九透鏡(9)是負(fù)彎月形 透鏡，凸面朝前；第十透鏡(10)是雙凸透鏡，曲率絕對(duì)值大的面朝前；第九透鏡(9)的 后表面與第十透鏡(10)的前表面膠合；第十一透鏡(11)是正彎月形透鏡，凹面朝前； 第十二透鏡(12)是負(fù)彎月形透鏡，凹面朝前；第十一透鏡(11)的后表面與第十二透鏡(12)的前表面膠合；第十三透鏡(13)是正彎月形透鏡，凸面朝前；第五透鏡(5)的后表 面是一個(gè)衍射面。前鏡筒(14)內(nèi)有5個(gè)放置透鏡的槽，第一透鏡(1)從前鏡筒(14)前 端的通孔放入第1個(gè)槽；第二透鏡(2)、第三透鏡(3)、第四透鏡(4)和第五透鏡(5)從 前鏡筒(14)后端的通孔依次放入，置于第2到第5個(gè)槽中；前鏡筒(14)后端有用于連接 前鏡筒(14)與濾光片轉(zhuǎn)盤盒(16)的若干螺孔。后鏡筒(15)內(nèi)有5個(gè)放置透鏡的槽，第 七透鏡(7)和第八透鏡(8)從后鏡筒(15)的前端通孔放入第1和第2個(gè)槽中；第九透鏡 (9)第十透鏡(10)組成的膠合鏡組從后鏡筒(15)后端放入第3個(gè)槽中；第十一透鏡(11) 和第十二透鏡(12)組成的膠合鏡組從后鏡筒(15)的后端放入第4個(gè)槽中；第十三透鏡(13)從后鏡筒(15)后端放入第5個(gè)槽中；后鏡筒(15)的前端有用于連接濾光片轉(zhuǎn)盤盒 (16)的若干螺孔。濾光片(6)固定于濾光片轉(zhuǎn)盤(17)的通孔中，濾光片轉(zhuǎn)盤(17)圓心 處有一螺孔，濾光片轉(zhuǎn)盤(17)密封于濾光片轉(zhuǎn)盤盒(16)中，濾光片轉(zhuǎn)盤盒(16)與前后 鏡筒連接的面上有若干螺孔，與前后鏡筒上的螺孔相對(duì)應(yīng)，起到連接前后鏡筒的作用， 步進(jìn)電機(jī)(18)的轉(zhuǎn)軸穿過濾光片轉(zhuǎn)盤盒(16)后表面中心的通孔，轉(zhuǎn)軸伸入此通孔與濾光 片轉(zhuǎn)盤(17)中心的螺孔相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)，其特征在于光 學(xué)系統(tǒng)在第五透鏡(5)后表面上加入了衍射面，起到了減小了色散的作用，使光學(xué)系統(tǒng) 在從可見光到近紅外范圍內(nèi)均可達(dá)到了良好的像質(zhì)，同時(shí)也減小了系統(tǒng)的尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)，其特征在于，能夠 通過控制步進(jìn)電機(jī)(18)的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)盤(17)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)濾光片之間 的自動(dòng)切換。
4.一種水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)，包括魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)和濾光片切換結(jié) 構(gòu)兩個(gè)部分。魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)包括13塊鏡片依次排列的透鏡組成的11個(gè)鏡組其特征 在于第一透鏡(1)和第二透鏡(2)是負(fù)彎月形透鏡，均是凸面朝前；第三透鏡(3)是 雙凹形透鏡，曲率絕對(duì)值大的面朝前；第四透鏡(4)是正彎月形透鏡，凹面朝前；第五 透鏡(5)是平凸形透鏡，凸面朝前；濾光片(6)是平板玻璃；第七透鏡(7)是正彎月形 透鏡，凸面朝前；第八透鏡(8)是正彎月形透鏡，凹面朝前；第九透鏡(9)是負(fù)彎月形 透鏡，凸面朝前；第十透鏡(10)是雙凸透鏡，曲率絕對(duì)值大的面朝前；第九透鏡(9)的 后表面與第十透鏡(10)的前表面膠合；第十一透鏡(11)是正彎月形透鏡，凹面朝前； 第十二透鏡(12)是負(fù)彎月形透鏡，凹面朝前；第十一透鏡(11)的后表面與第十二透鏡 (12)的前表面膠合；第十三透鏡(13)是正彎月形透鏡，凸面朝前；第五透鏡(5)的后表面是一個(gè)衍射面。前鏡筒(14)內(nèi)有5個(gè)放置透鏡的槽，第一透鏡(1)從前鏡筒(14)的 前端通孔放入第1個(gè)槽；第二透鏡(2)、第三透鏡(3)、第四透鏡(4)和第五透鏡(5)從 前鏡筒(14)的后端通孔依次放入，置于第2到第5個(gè)槽中；前鏡筒(14)的后端有用于 連接前鏡筒(14)與濾光片方盒(19)的若干螺孔。后鏡筒(15)內(nèi)有5個(gè)放置透鏡的槽， 第七透鏡(7)和第八透鏡(8)從后鏡筒(15)的前端通孔放入第1和第2個(gè)槽中；第九透 鏡(9)第十透鏡(10)組成的膠合鏡組從后鏡筒(15)的后端放入第三個(gè)槽中；第十一透鏡 (11)和第十二透鏡(12)組成的膠合鏡組從后鏡筒(15)的后端放入第4個(gè)槽中；第十三 透鏡(13)從后鏡筒(15)的后端放入5個(gè)槽中；后鏡筒(15)前端有用于連接濾光片方盒 (19)的若干螺孔。濾光片(6)固定于濾光片架(23)的通孔中，濾光片架(23)掛在通過 其上方通孔的光桿(22)上，可沿光桿(22)自由滑動(dòng)，光桿(22)兩端固定于濾光片方盒(19)的兩壁上，濾光片架(23)頂部安裝有齒條(21)，與步進(jìn)電機(jī)(18)轉(zhuǎn)軸上套的齒輪(20)相嚙合。濾光片架(23)、齒輪(20)和齒條(21)密封于濾光片方盒(19)中，濾光 片方盒(19)與前后鏡筒連接的面上有若干螺孔，與前后鏡筒上的螺孔相對(duì)應(yīng)，起到連接 前后鏡筒的作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)，其特征在于，光學(xué) 系統(tǒng)在第五透鏡(5)后表面上加入了衍射面，起到了減小了色散的作用，使光學(xué)系統(tǒng)在 從可見光到近紅外范圍內(nèi)均可達(dá)到了良好的像質(zhì)，同時(shí)也減小了系統(tǒng)的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)，其特征在于，通過 控制轉(zhuǎn)軸上步進(jìn)電機(jī)(18)的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪(20)轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪(20)再帶動(dòng)齒條(21)作垂 直于光軸方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)濾光片之間的自動(dòng)切換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水稻冠層多光譜混合魚眼成像系統(tǒng)，包括魚眼鏡頭和濾光片切換結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分。魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)包括13塊鏡片依次排列的透鏡組成的11個(gè)鏡組，第5塊和第6塊透鏡之間有一塊可切換式濾光片，第5塊透鏡為二元光學(xué)元件。所有透鏡均為球面，系統(tǒng)全視場(chǎng)角2ω＝180，覆蓋整個(gè)鏡頭前方的半球區(qū)域空間。系統(tǒng)工作在可見光與近紅外波段。通過轉(zhuǎn)盤切換的結(jié)構(gòu)或齒輪齒條嚙合運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)切換濾光片，利用單個(gè)探測(cè)器即可獲取多波段的信息。系統(tǒng)體積小、重量輕、操作自動(dòng)化，適合戶外水稻冠層的數(shù)據(jù)采集與分析。
文檔編號(hào)G01N21/01GK102023133SQ201010508920
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者侯西云, 白劍, 黃治 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)