[發(fā)明專利]一種推掃型成像光譜儀自動(dòng)調(diào)焦的方法

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• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105092026A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳興海;劉業(yè)林;曹佳寶;張卓
• 申請（專利權(quán)）人: 四川雙利合譜科技有限公司
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 楊保剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜遙感成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種推掃型成像光譜儀的自動(dòng)調(diào)焦的方法。

背景技術(shù)

遙感技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了全色（黑白）、彩色攝像，多光譜掃描成像階段之后，在上世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)的成像光譜技術(shù)，使光學(xué)遙感進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段——高光譜遙感階段。所謂的高光譜遙感指的是具有高光譜分辨率的遙感科學(xué)和技術(shù)，成像光譜技術(shù)所使用的成像光譜儀能在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外和短波紅外區(qū)域，獲取許多非常窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)。成像光譜儀為每一個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段的光譜信息，由此而組成一條完整而且連續(xù)的光譜曲線。成像光譜儀將視場范圍內(nèi)觀察的各種地物以完整的光譜曲線記錄下來，而對所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和研究是多學(xué)科所要進(jìn)行的工作。

高光譜技術(shù)是一門新興的交叉學(xué)科，建立在傳感器、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，涉及到電磁波理論、光譜學(xué)與色度學(xué)、物理/幾何光學(xué)、電子工程、信息學(xué)、地理學(xué)、農(nóng)學(xué)、大氣科學(xué)、海洋學(xué)等多門學(xué)科。電磁波理論則是遙感技術(shù)的物理基礎(chǔ)，電磁波與地表物質(zhì)的相互作用機(jī)理、電磁波在不同介質(zhì)中的傳輸模型和對其進(jìn)行接收、分析是綜合各門學(xué)科和技術(shù)的核心所在。針對不同地物的不同光譜特征,利用高光譜圖像可有效地區(qū)分和識別地物,因而被廣泛地應(yīng)用于大氣探測、醫(yī)學(xué)診斷、物質(zhì)分類和目標(biāo)識別、國土資源、生態(tài)、環(huán)境監(jiān)測和城市遙感中。

光譜成像儀的成像原理是:當(dāng)被測物體通過鏡頭后被光譜相機(jī)捕獲，得到一個(gè)一維的影像以及相應(yīng)的光譜信息，而當(dāng)電控移動(dòng)平臺（或傳送帶）帶動(dòng)樣品連續(xù)運(yùn)行時(shí)，則能夠得到樣品目標(biāo)物的連續(xù)的一維影像以及實(shí)時(shí)的光譜信息，而在此過程中所有的數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)軟件所記錄，最終獲得一個(gè)包含了影像信息和光譜信息的三維數(shù)據(jù)立方體。

光譜成像儀的掃描方式分為兩種，一種是狹縫掃描方式，一種是轉(zhuǎn)鏡掃描方式。

推掃型成像光譜儀采用的是狹縫掃描方式，擺掃型成像光譜儀采用的是轉(zhuǎn)鏡掃描方式；推掃型成像光譜儀相比于擺掃型成像光譜儀，它的像元的凝視時(shí)間大大增加了，因?yàn)橥茠咝统上窆庾V儀的像元凝視時(shí)間只取決于平臺運(yùn)行的速度，而擺掃型成像光譜儀像元凝視時(shí)間不僅受平臺運(yùn)行的速度的影響，還受自身轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的影響。像元的凝視時(shí)間的增加可以大大提高系統(tǒng)的靈敏度和信噪比，從而能夠更大地提高系統(tǒng)的空間分辨率和光譜分辨率。

但目前推掃型成像光譜儀的光譜分辨率受調(diào)焦技術(shù)的影響，并不是很理想；要么調(diào)焦時(shí)間過長，影響了推掃型成像光譜儀對拍攝對象的準(zhǔn)確捕捉，要么成像模塊沒有處于理想的焦點(diǎn)狀態(tài)，降低了系統(tǒng)的空間分辨率和光譜分辨率，導(dǎo)致所捕捉的圖像表現(xiàn)的不夠清晰，圖像的細(xì)節(jié)不夠豐富。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種推掃型成像光譜儀的自動(dòng)調(diào)焦的方法，避免了調(diào)焦時(shí)間過長或者調(diào)試的焦點(diǎn)不準(zhǔn)確而導(dǎo)致捕捉的圖像不夠準(zhǔn)確、清晰的問題。

為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種推掃型成像光譜儀的自動(dòng)調(diào)焦的方法，所述推掃型成像光譜儀包括控制器、掃描電機(jī)、成像模塊、調(diào)焦電機(jī)及鏡頭；所述成像模塊包括成像光譜儀和面陣探測器；

首先，所述控制器控制掃描電機(jī)運(yùn)作，掃描電機(jī)通過轉(zhuǎn)接件驅(qū)動(dòng)成像模塊沿垂直于光軸的方向運(yùn)動(dòng)至設(shè)置好的位置，從而確定面陣探測器需要的曝光時(shí)間；

其次，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦；

所述自動(dòng)調(diào)焦的步驟為：

S1、所述控制器控制掃描電機(jī)運(yùn)作，掃描電機(jī)通過轉(zhuǎn)接件驅(qū)動(dòng)成像模塊沿垂直于光軸的方向運(yùn)動(dòng)至設(shè)置好的位置，進(jìn)行調(diào)焦；

S2、所述控制器控制調(diào)焦電機(jī)運(yùn)作，所述調(diào)焦電機(jī)通過轉(zhuǎn)接件驅(qū)動(dòng)成像模塊從起始位置出發(fā)，沿著光軸的方向朝鏡頭移動(dòng)，以一個(gè)較大的步長走遍設(shè)計(jì)的全行程，得到對焦評價(jià)函數(shù)的最大值和其成像模塊的位置；

S3、調(diào)焦電機(jī)通過轉(zhuǎn)接件驅(qū)動(dòng)成像模塊往回運(yùn)動(dòng)，回到S2中對焦評價(jià)函數(shù)最大位置的前一站，以此作為新的出發(fā)點(diǎn)，減少調(diào)焦電機(jī)的步長，再由調(diào)焦電機(jī)通過轉(zhuǎn)接件驅(qū)動(dòng)成像模塊從新的出發(fā)點(diǎn)出發(fā)，沿著光軸的方向朝鏡頭移動(dòng)至S2中對焦評價(jià)函數(shù)最大值位置的下一站，得到新的對焦評價(jià)函數(shù)的最大值和其成像模塊的位置，如此反復(fù)搜索，直到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的步長減小到設(shè)定數(shù)值，完成搜索，確定焦點(diǎn)。

更進(jìn)一步的，所述的S2中全行程為1.2cm；完成自動(dòng)對焦流程所用時(shí)間為1~5s。

更進(jìn)一步的，所述的第一步中的起始位置為鏡頭與成像模塊距離最遠(yuǎn)時(shí)成像模塊所在的位置。

更進(jìn)一步的，所述的成像模塊包括成像光譜儀和面陣探測器，所述成像光譜儀與面陣探測器為固定連接。