[發明專利]水下高靈敏光譜成像裝置及成像方法

有效

• 申請號: 201611249130.4
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106768333B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 高曉惠;李學龍;王飛橙;魏儒義;于濤;李立波;衛翠玉;胡炳樑
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01J3/10
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 陳廣民

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種水下光譜成像裝置及成像方法。

背景技術

水下光視覺探測技術具有直觀性強的特點，作為聲納探測技術的必要補充，在海底繪圖、目標識別與探測、機器人視覺等方面具有非常重要的應用價值。高光譜成像技術不僅能夠探測目標的圖像信息，還可以獲得目標的精細光譜信息，其中目標的精細光譜信息被稱為物質的“指紋”，在目標的防偽識別中具有重要意義。由于水對光的吸收與散射，導致光學成像設備面臨光能量不足的問題，在水下的應用受到限制。高光譜成像設備由于波段較多，將有限的能量分成多個通道進行接收，相比于成像設備，其信噪比更低，因此在水下很難應用。

發明內容

為了解決因水下高光譜數據采集困難，通道多，信噪比差的特點致使高光譜成像設備難以在水下應用的技術問題，本發明提供了一種水下高靈敏的光譜成像裝置與方法。

本發明解決上述技術問題的方案為：

水下高靈敏光譜成像裝置，包括光源組件、光學組件、CCD探測器、圖像存儲處理組件和通訊控制組件；其特殊之處在于：

還包括像增強器組件；

所述光源組件、光學組件、像增強器組件、CCD探測器和圖像存儲處理組件均與所述通訊控制組件相連；所述通訊控制組件用于對光源組件、光學組件、像增強器組件、CCD探測器和圖像存儲處理組件進行協同控制；

所述光源組件包括波長可調節激光光源和整形光學組件；整形光學組件設置在激光光源的輸出光路上；

所述波長可調節激光光源的譜段范圍與光譜成像裝置的譜段范圍相同，光源強度能夠滿足光譜成像裝置的探測照度需求；所述整形光學組件用于調整波長可調諧激光光源輸出光束的發散角；

所述光源組件的光束出射中心方向與光學組件光軸之間有一定夾角，光源組件的視場與光學組件的視場在目標物處重合或者略大于光學組件的視場；

所述像增強器組件位于光學組件的成像面上，用于對微弱光信號進行倍增放大；

所述CCD探測器用于接收像增強器組件輸出的光信號；

所述圖像存儲處理組件與CCD探測器相連，用于接收、存儲和處理CCD探測器探測到的圖像，并根據圖像處理結果給出需要調整的組件參數，將該組件參數傳輸給所述通訊控制組件。

基于上述基本技術方案，本發明還作如下優化限定：

上述光源組件的輸出光束在遠方視場的均勻度大于90％。

上述光源組件輸出光束的視場比光學組件輸出光束的視場大10％。

上述成像裝置還包括耦合組件；所述耦合組件設置在像增強器組件與CCD探測器之間，用于將像增強器組件熒光屏上的圖像耦合成像到CCD探測器靶面上。

上述整形光學組件由準直透鏡和展寬柱面鏡組成；所述準直透鏡和展寬柱面鏡沿激光光源的出射光路依次設置。

上述耦合組件為中繼鏡或光錐。

上述通訊控制組件包括控制接口，像增強器組件、CCD探測器、光學組件以及光源組件均與該控制接口相連。

上述通訊控制組件還包括雙端口RAM串口、80C51單片機、28C64程序存儲器和6664數據存儲器；雙端口RAM的一端與圖像處理組件的輸出端相連，雙端口RAM的另一端與80C51單片機相連，80C51單片機同時與28C64程序存儲器和6664數據存儲器相連、控制接口的輸入端相連。

上述光譜成像裝置適用于1000米以下的深水；所述光學組件為不包含分光光學系統的可調焦距的普通光學成像系統。

本發明同時提供了一種上述光譜成像裝置的成像方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

步驟一：將光源組件的輸出設置到第一個待測波段的中心波長，將光源組件的光源強度、CCD探測器的曝光時間、像增強器組件的增益以及光學組件的焦距均設置為最小值；

步驟二：逐步調大光源組件的強度，每調整一次，圖像存儲處理組件就進行一次圖像的采集、處理和判斷：

2.1若光源增強到某一強度時,圖像中像素灰度值的最大值達到(2^N-1),則保持該光源強度不變，進入步驟三；

2.2若光源強度達到最大時，圖像中像素灰度值的最大值未達到(2^N-1)，則進入步驟2.3；