一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高光譜成像技術(shù)是新一代光電探測(cè)技術(shù)，是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的基于非常多的窄電磁波波段獲取物體有關(guān)影像數(shù)據(jù)的技術(shù)，具有成像和光譜探測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)集中了光學(xué)、光電子學(xué)、電子學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起的一門新興技術(shù)。它具有波段多的特點(diǎn)，可在電磁波的紫外、可見(jiàn)光、近紅外、中紅外以及熱紅外區(qū)域，獲取光譜通道數(shù)多達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)以上并且各光譜通道連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)。這樣，在獲得物體空間特征成像的同時(shí)，也獲得被測(cè)物體的光譜信息。高光譜成像技術(shù)其特點(diǎn)是非點(diǎn)測(cè)量、每個(gè)像元可提取一條光譜曲線、且具有空間可識(shí)別性、超多波段(上百個(gè)波段)、高的光譜分辨率、光譜范圍廣和圖譜合一等。其優(yōu)勢(shì)在于采集到的圖像信息量豐富，識(shí)別度較高和數(shù)據(jù)描述模型多?？梢岳梦矬w的反射光譜具有“指紋”效應(yīng)、不同物不同譜、同物一定同譜的原理來(lái)分辨不同的物質(zhì)信息。利用高光譜成像技術(shù)不僅可以進(jìn)行“定性”和“定量”分析而且還能進(jìn)行“定位”分析，甚至“定時(shí)”分析。正是由于高光譜成像技術(shù)所具有的獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)點(diǎn)，使得它在空間遙感、精細(xì)農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)以及分析化學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]高光譜成像系統(tǒng)是高光譜成像技術(shù)得以應(yīng)用的載體。目前大部分的高光譜成像系統(tǒng)采用的是掃描成像原理，主要有揮掃型(撣掃型)、推掃型和凝視型(凝采型)等，它要求儀器內(nèi)部有一定的移動(dòng)部件或其他動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)組件，這會(huì)影響檢測(cè)的精確度，并且在掃描成像的過(guò)程中需要耗費(fèi)大量的時(shí)間；如果要滿足快速的時(shí)間獲取要求，常常需要在像大小、對(duì)比度和光譜分辨率上妥協(xié)，因而，掃描型高光譜成像系統(tǒng)不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其應(yīng)用受到了很大的限制。因此，迫切地需要開(kāi)發(fā)一種無(wú)需掃描的高光譜成像系統(tǒng)，以避免由于掃描過(guò)程而造成的不利因素，以達(dá)到實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)，本發(fā)明采用非掃描方式檢測(cè)，內(nèi)部元器件固定化，具有較快的檢測(cè)速度，詳見(jiàn)下文描述:
[0005]一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)，包括:會(huì)聚透鏡、光纖束、分光儀和陣列式檢測(cè)器，
[0006]所述光纖束、所述分光儀和所述陣列式檢測(cè)器構(gòu)成一條高光譜成像通道；所述被測(cè)目標(biāo)通過(guò)所述會(huì)聚透鏡成像在所述光纖束的入口處，入口處光纖呈環(huán)形結(jié)構(gòu)排列；
[0007]所述光纖束切割通過(guò)所述會(huì)聚透鏡采集的所述被測(cè)目標(biāo)的圖像，不同區(qū)域的光束入射到所述光纖束的不同光纖內(nèi)；
[0008]所述光纖束出口處光纖呈線形結(jié)構(gòu)排列，與所述分光儀的狹縫形狀相匹配；
[0009]所述分光儀對(duì)經(jīng)過(guò)狹縫入射的光束進(jìn)行分光，使得不同頻率的光束入射到所述陣列式檢測(cè)器的不同位置，所述陣列式檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，記錄光譜強(qiáng)度信息。
[0010]進(jìn)一步地，所述光纖束為多模光纖束。
[0011]進(jìn)一步地，所述陣列式檢測(cè)器為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體檢測(cè)器或電荷耦合元件檢測(cè)器。
[0012]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明利用的光纖束具有入口光纖呈環(huán)形結(jié)構(gòu)排列、出口光纖呈線形結(jié)構(gòu)排列的特點(diǎn)，出口光纖的排列與分光儀的狹縫形狀相匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)不同區(qū)域的同時(shí)光譜檢測(cè)。本發(fā)明提供的高光譜成像系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，由于采用非掃描方式檢測(cè)，內(nèi)部元器件固定化，具有較快的檢測(cè)速度和較高的穩(wěn)定性；同時(shí)，利用光纖束切割圖像，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明提供的一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明提供的光纖束的入口剖面示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明提供的光纖束的出口剖面示意圖。
[0016]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0017]1:被測(cè)目標(biāo)；2:會(huì)聚透鏡；
[0018]3:光纖束；4:分光儀；
[0019]5:陣列式檢測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0021]快照式高光譜成像系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)圖像切割的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)不同區(qū)域的同時(shí)光譜檢測(cè)，不僅實(shí)現(xiàn)了快速檢測(cè)，而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，利用光纖束切割圖像，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。
[0022]一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)，參見(jiàn)圖1，包括:會(huì)聚透鏡2、光纖束3、分光儀4和陣列式檢測(cè)器5。
[0023]其中，光纖束3、分光儀4和陣列式檢測(cè)器5構(gòu)成一條高光譜成像通道。被測(cè)目標(biāo)I通過(guò)會(huì)聚透鏡2成像在光纖束3的入口處，入口處光纖呈環(huán)形結(jié)構(gòu)排列。
[0024]參見(jiàn)圖2和圖3，光纖束3切割通過(guò)會(huì)聚透鏡2采集的被測(cè)目標(biāo)I的圖像，使得源于被測(cè)目標(biāo)I不同區(qū)域的光束入射到光纖束3的不同光纖內(nèi)(如圖2所示的7條光纖)。光纖束3出口處光纖呈線形結(jié)構(gòu)排列(如圖3所示的呈線性排列的7條光纖)，與分光儀4的狹縫形狀相匹配。
[0025]分光儀4對(duì)經(jīng)過(guò)狹縫入射的光束進(jìn)行分光，使得不同頻率的光束入射到陣列式檢測(cè)器5的不同位置。陣列式檢測(cè)器5將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，記錄光譜強(qiáng)度信息。
[0026]實(shí)際應(yīng)用時(shí)，被測(cè)目標(biāo)I通常是位于較遠(yuǎn)距離處、覆蓋較大范圍的氣體物質(zhì)，可以利用多個(gè)由光纖束3、分光儀4和陣列式檢測(cè)器5構(gòu)成的高光譜成像通道并行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)較大被測(cè)目標(biāo)I的高光譜成像。
[0027]被測(cè)目標(biāo)I通過(guò)會(huì)聚透鏡2在光纖束3入口處成縮小的像，為了使得被測(cè)目標(biāo)I的像與光纖束3的入口在尺寸上相匹配，優(yōu)先選擇焦距較小的會(huì)聚透鏡2，如焦距為50mm或40mm的會(huì)聚透鏡。
[0028]進(jìn)一步地，光纖束3可以使用多模光纖束，具有入口光纖呈環(huán)形結(jié)構(gòu)排列、出口光纖呈線形結(jié)構(gòu)排列的特點(diǎn)。
[0029]光纖束3出口處光纖的線形結(jié)構(gòu)排列與分光儀4的狹縫形狀相匹配，兩者在結(jié)構(gòu)上需要精確對(duì)準(zhǔn)并直接連接。在此需要說(shuō)明的是光纖束3出口處光纖的線形結(jié)構(gòu)是根據(jù)所用到的分光儀4的狹縫形狀進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)的。
[0030]分光儀4對(duì)經(jīng)過(guò)狹縫入射的光束進(jìn)行分光，使得不同頻率的光束入射到陣列式檢測(cè)器5的不同位置。陣列式檢測(cè)器5可以使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體檢測(cè)器CMOS、電荷耦合元件檢測(cè)器CCD，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，記錄光譜強(qiáng)度信息。
[0031]綜上所述，本發(fā)明通過(guò)入口光纖呈環(huán)形結(jié)構(gòu)排列、出口光纖呈線形結(jié)構(gòu)排列特點(diǎn)的光纖束3切割會(huì)聚透鏡2采集的被測(cè)目標(biāo)I的圖像，使得源于被測(cè)目標(biāo)I不同區(qū)域的光束經(jīng)過(guò)不同光纖的傳導(dǎo)后被分光儀4檢測(cè)，并且，通過(guò)出口光纖的線形排列與分光儀4的狹縫形狀相匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)I不同區(qū)域的同時(shí)光譜檢測(cè)。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說(shuō)明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0033]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)，包括:會(huì)聚透鏡、光纖束、分光儀和陣列式檢測(cè)器，其特征在于， 所述光纖束、所述分光儀和所述陣列式檢測(cè)器構(gòu)成一條高光譜成像通道；所述被測(cè)目標(biāo)通過(guò)所述會(huì)聚透鏡成像在所述光纖束的入口處，入口處光纖呈環(huán)形結(jié)構(gòu)排列； 所述光纖束切割通過(guò)所述會(huì)聚透鏡采集的所述被測(cè)目標(biāo)的圖像，不同區(qū)域的光束入射到所述光纖束的不同光纖內(nèi)； 所述光纖束出口處光纖呈線形結(jié)構(gòu)排列，與所述分光儀的狹縫形狀相匹配； 所述分光儀對(duì)經(jīng)過(guò)狹縫入射的光束進(jìn)行分光，使得不同頻率的光束入射到所述陣列式檢測(cè)器的不同位置，所述陣列式檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，記錄光譜強(qiáng)度信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖束為多模光纖束。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列式檢測(cè)器為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體檢測(cè)器或電荷耦合元件檢測(cè)器。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用光纖束實(shí)現(xiàn)圖像切割的快照式高光譜成像系統(tǒng)，包括：光纖束、分光儀和陣列式檢測(cè)器構(gòu)成一條高光譜成像通道；被測(cè)目標(biāo)通過(guò)會(huì)聚透鏡成像在光纖束的入口處，入口處光纖呈環(huán)形結(jié)構(gòu)排列；光纖束切割通過(guò)會(huì)聚透鏡采集的被測(cè)目標(biāo)的圖像，不同區(qū)域的光束入射到光纖束的不同光纖內(nèi)；光纖束出口處光纖呈線形結(jié)構(gòu)排列，與分光儀的狹縫形狀相匹配；分光儀對(duì)經(jīng)過(guò)狹縫入射的光束進(jìn)行分光，使得不同頻率的光束入射到陣列式檢測(cè)器的不同位置，陣列式檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，記錄光譜強(qiáng)度信息。本發(fā)明由于采用非掃描方式檢測(cè)，內(nèi)部元器件固定化，具有較快的檢測(cè)速度和較高的穩(wěn)定性；同時(shí)，利用光纖束切割圖像，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】G01J3/28
【公開(kāi)號(hào)】CN104990626
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510377107
【發(fā)明人】國(guó)宏偉, 王慧捷, 王洋, 李奇峰
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年7月1日