[發明專利]基于掩膜與雙阿米西棱鏡的高分辨率多光譜采集系統

有效

• 申請號: 201210210730.5
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102735338A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 戴瓊海;馬晨光;索津莉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及計算攝像學領域，特別涉及一種多光譜采集系統及方法。

背景技術

近年來，計算攝像學已經成為交叉視覺、圖形學、攝像學、信號處理等領域的國際前沿熱點研究，如何對于真實場景的高維信息進行計算采集和重構引起了廣泛的關注。開展場景多光譜信息的相關研究工作對于遙感監測、安全偵查、數字娛樂等領域具有重要意義。

傳統的數字攝像學是對高維場景信號（常用七維全光函數表示）的二維投影子空間進行采樣，將高維場景信息投影到相機二維采樣子空間上進行采集?？梢钥闯?，傳統的數字攝像學會產生全光函數其它維度上信息的丟失與耦合問題，包括角度信息丟失、場景深度信息丟失、多光譜信息丟失、曝光時間內場景信息積分耦合等等。

計算攝像學中一個很重要的方向是在光譜域上對于傳統的成像技術進行擴展，即多光譜技術。從多光譜與視覺的技術原理說來，人眼球中有三種不同視錐細胞對光譜中不同波段的信號進行感應，使真實場景中的光線以紅、綠、藍三種顏色的形式被人所感知，而與此相對應，傳統意義上的相機也是從人眼的認知原理出發，通過電荷耦合元件（Charge-coupled?Device，CCD）不同的顏色積分曲線去捕捉場景的紅綠藍（RGB）三通道信息。但是實際上，能夠看到的場景光線具有一個完整的光譜，僅僅捕捉RGB三個通道則失去了光譜維度上的大量細節。而光譜中豐富的細節信息往往能夠揭示物體和場景光線的很多特質，有了這些光譜信息，也能在很多計算機視覺領域的工作中獲得長足的進展。計算攝像學領域中的多光譜工作基本上是針對場景的多光譜信息進行采集與重構的研究。

根據技術要求和采集條件的不同，現有的多光譜采集系統可以分為三類：光譜分析儀、掃描式光譜成像儀和單次拍攝成像光譜儀。各種技術解決方案都是通過犧牲空間或時間分辨率的方式對于光譜分辨率進行補償，以采集多光譜信息。2011年初，一種基于混合相機系統的進行多光譜采集系統被提出，其在犧牲空間分辨率獲得附加光譜分辨率的同時，使用雙路采集的技術，對場景進行雙路采集，從得到的多路數據中重構出高時空分辨率的多光譜視頻，實現了一種多光譜采集技術。這些工作都說明了多光譜采集的重要意義，但是雖然多光譜采集工作已經成為近期計算攝像學的熱點，如何獲得高時間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率的場景信息仍然是一個難題，上述提到的工作也存在景深范圍狹窄，光通量過低等缺陷。因此，這個方向上的研究非常重要而且有廣泛的應用。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。

為此，本發明的第一個目的在于提出一種多光譜采集系統，可以實現更大景深范圍和光通量的高分辨率多光譜數據采集。本發明的第二個目的在于提出一種多光譜采集方法。

為達到上述目的，本發明的實施例提出了一種多光譜采集系統，包括：成像物鏡裝置，用于將場景光線經過一次匯聚透射以生成透射光線，其中，所述成像物鏡裝置包括第一透鏡和第二透鏡；采樣掩膜裝置，位于所述第一透鏡和所述第二透鏡之間的成像平面處，用于對場景進行空間采樣；棱鏡分光裝置，位于所述成像物鏡裝置的后端，用于將通過所述成像物鏡裝置的所述透射光線色散為多個波長上的光譜；拍照裝置，位于所述棱鏡分光裝置的后端，用于將所述色散為多個波長上的光譜進行成像以生成待標定圖像；光譜采集標定裝置，位于所述拍照裝置的后端，用于對所述待標定圖像進行采樣點標定和采樣點校正以獲取所述場景的采樣點的光譜信息。

根據本發明實施例的多光譜采集系統，可以實現可調整、更大的景深范圍和光通量的多光譜數據采集，同時可以保證高分辨率，得到高品質的光譜成像結果，實現了對場景光線光譜信息的有效采集。

本發明第二方面的實施例提供一種多光譜采集方法，包括如下步驟：將場景光線經過成像物鏡裝置一次匯聚透射以生成透射光線，且利用采樣掩膜裝置對場景進行空間采樣，所述投射光線入射至位于所述成像物鏡裝置后端的棱鏡分光裝置；所述棱鏡分光裝置將所述透射光線色散為多個波長上的光譜；所述色散為多個波長上的光譜通過位于所述棱鏡分光裝置的后端的拍照裝置進行成像以生成待標定圖像；利用光譜采集標定裝置對所述待標定圖像進行采樣點標定和采樣點校正以獲取所述場景的采樣點的光譜信息。

根據本發明實施例的多光譜采集方法，可以實現可調整、更大的景深范圍和光通量的多光譜數據采集，同時可以保證高分辨率，得到高品質的光譜成像結果。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明