[發(fā)明專利]基于超連續(xù)激光光源的水下光譜成像系統(tǒng)及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810474639.1
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108362380A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李學(xué)龍;高曉惠;周安安;于濤;李立波;衛(wèi)翠玉;胡炳樑;夏璞
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01N21/25;G01N21/01
• 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

1.一種基于超連續(xù)激光光源的水下光譜成像系統(tǒng)，包括光源組件(1)、消色差激光整形組件(2)、光譜成像儀組件(3)、數(shù)據(jù)存儲處理組件(5)，其特征在于：

所述光源組件(1)的光源為超連續(xù)激光光源；

還包括通訊控制組件(4)；

所述光源組件(1)、光譜成像儀組件(3)、數(shù)據(jù)存儲處理組件(5)均與通訊控制組件(4)連接；通訊控制組件(4)用于對光源組件(1)、光譜成像儀組件(3)、數(shù)據(jù)存儲處理組件(5)進行控制；

所述消色差激光整形組件(2)設(shè)置在光源組件(1)的輸出光路上；所述消色差激光整形組件(2)用于調(diào)整光源組件(1)的輸出光束中不同波長光的發(fā)散角；

所述光源組件(1)的譜段范圍與光譜成像儀組件(3)的譜段范圍相同；

所述光源組件(1)的光束出射方向與光譜成像儀組件(3)中心視場之間有夾角，該夾角可根據(jù)探測目標距離進行調(diào)整，調(diào)整范圍在11.5度至0.005度之間，使得光源組件(1)的視場與光譜成像儀組件(3)的視場在目標處重合，光源充滿光譜成像儀組件(3)整個視場；；

所述通訊控制組件(4)可以控制光源組件(1)的開關(guān)及功率；

所述光譜成像儀組件(3)用于接收光源組件(1)輸出后經(jīng)過物質(zhì)反射散射后得到的光信號；

所述數(shù)據(jù)存儲處理組件(5)與光譜成像儀組件(3)相連，數(shù)據(jù)存儲處理組件(5)用于存儲和處理光譜成像儀組件(3)探測到的圖譜數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果給出需要調(diào)整的光源組件(1)參數(shù)，將該光源組件(1)參數(shù)傳輸給通訊控制組件(4)；通訊控制組件(4)可根據(jù)需要調(diào)整光譜成像儀組件(3)的曝光時間，采集幀數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超連續(xù)激光光源的水下光譜成像系統(tǒng)，其特征在于：

所述通訊控制組件(4)包括控制接口、RS232通訊串口、80C51單片機、28C64程序存儲器和6664數(shù)據(jù)存儲器；RS232通訊串口與80C51單片機相連，80C51單片機同時與28C64程序存儲器和6664數(shù)據(jù)存儲器相連，80C51單片機與控制接口的輸入端相連；控制接口的輸出端分別與光源組件(1)和光譜成像儀組件(3)相連；RS232通訊串口與數(shù)據(jù)存儲處理組件(5)相連并與其相互通訊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超連續(xù)激光光源的水下光譜成像系統(tǒng)，其特征在于：所述光源組件(1)在遠方視場的均勻度大于90％。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于超連續(xù)激光光源的水下光譜成像系統(tǒng)，其特征在于：所述消色差激光整形組件(2)由消色差準直透鏡(21)和消色差展寬透鏡(22)組成。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于超連續(xù)激光光源的水下光譜成像系統(tǒng)，其特征在于：所述光譜成像儀組件(3)中的光譜成像儀為色散型、干涉型或者濾光片型光譜成像儀。

6.一種基于超連續(xù)激光光源的水下光譜成像系統(tǒng)的成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將光源組件(1)的光源功率調(diào)到最小值、光譜成像儀組件(3)曝光時間調(diào)到最大；

2)逐步調(diào)大光源組件(1)的功率，每調(diào)整一次，數(shù)據(jù)存儲處理組件(5)就進行一次圖像的采集、處理和判斷：若光源增強到某功率時,圖像中像素灰度值的最大值達到(2^N-1),則保持該光源功率不變，進入步驟3)，其中N為圖像量化位數(shù)；

3)進行推掃或者濾光片輪切換，獲取圖譜數(shù)據(jù)；

4)關(guān)閉光源組件(1)，圖像存儲處理組件控制光譜成像儀組件(3)連續(xù)采集k幅圖像序列，其中k≥100，并將這k幅圖像序列按像素取平均值后作為圖像本底Backgound(x,y)：

其中x,y為像素坐標；

5)對步驟3)、4)中所有待測波段的圖像序列進行定標和校正。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于超連續(xù)激光光源的水下光譜成像系統(tǒng)的成像方法，其特征在于：

上述步驟5)中定標和校正的具體方法為：

5.1)將步驟3)、4)中獲取圖像中的像素image(x,y)進行暗電流去除；

5.2)對5.1)的結(jié)果根據(jù)不同光譜成像儀組件(3)原理進行數(shù)據(jù)反演，組成數(shù)據(jù)立方體；

5.3)對5.2)進行光譜輻射定標得到定標后的數(shù)據(jù)立方體。