[實用新型]一種基于快照式光譜相機的水下顯微光譜成像裝置

有效

• 申請號: 201821774226.7
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN209197900U
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 宋宏;吳超鵬;吳超釩;萬啟新;王文鑫;楊萍;方美芬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本實用新型公開了一種基于快照式光譜相機的水下顯微光譜成像裝置，包括照明模塊、成像單元、微控制器、密封艙、微型計算機、電源模塊、密封箱體、支架、人機交互模塊；其中，所述成像單元包括依次連接且布置在同一光軸上的快照式光譜相機、延伸管、液態透鏡、成像鏡組，所述照明模塊、成像單元、微控制器安裝在密封艙內部支架上，所述液態透鏡和照明模塊均與微控制器相連；所述微型計算機、電源模塊、人機交互模塊安裝在密封箱體內；所述快照式光譜相機、微控制器、人機交互模塊均與微型計算機相連；本實用新型結構合理、體積小巧、操作方便，可由潛水員在水下動態環境下進行觀測操作，具有多種工作模式可選。

技術領域

本實用新型涉及一種顯微光譜成像技術領域，尤其涉及一種基于快照式光譜相機的水下顯微光譜成像裝置。

背景技術

光學顯微鏡能夠將人眼不能分辨的微小物體放大成像，以提取微細結構信息，被廣泛應用于現代生命科學、藥物醫學、檢驗鑒定等領域。光譜成像技術將空間維度與光譜維度相結合，可以獲得直觀、豐富、準確的物質光學特性，已在衛星遙感、物質分類、軍事等領域得到了廣泛的應用。顯微光譜成像技術將顯微成像技術與光譜成像技術有機結合在一起，成為一種新型光學成像技術。基于此技術研發的顯微光譜成像儀多為推掃型，即利用棱鏡分光或線性漸變濾光片陣列獲取被拍攝物的光譜信息，成像方式為線推掃，再進行圖像拼接；或者掃描型，例如基于輪轉濾光片、聲光可調諧濾光片或液晶可調諧濾光片進行分光，通過光譜波段時序掃描采集光譜立方體數據。

然而，相關研究和應用主要還是集中在陸地，而對于水下研究及應用相對較少。隨著人類對海洋研究的不斷深入，人們開始關注海藻、海草床、珊瑚礁等海洋生態中發生的微米級尺度生物活動，以研究其對海洋生態健康狀況及長期動態演化過程的影響，例如珊瑚白化、珊瑚蟲成長、底質結構等，因此，顯微光譜成像技術在水下具有廣闊的應用需求。美國專利（專利公開號：US 2011/0205536 A1）提出了一種可以裝載于水下潛器底部，用來觀察水中物體的高光譜成像設備，該裝置通常用來對水下環境中的水生物種、水下環境等進行成像，但未涉及到微觀領域。

實用新型內容

在水下環境復雜多變、理化生物活動相互耦合、水體對光傳輸衰減和散射等多重干擾下，如何解決常規顯微成像工作距離小、微米級景深等限制，對水下微米級尺度活動進行長期、原位、無干擾的動態觀測仍然是存在諸多技術難點，例如精細對焦、反射照明、長工作距離、無侵入性布放。針對現有技術中的不足，本實用新型提供了一種基于快照式光譜相機的水下顯微光譜成像裝置及方法。

為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：一種基于快照式光譜相機的水下顯微光譜成像裝置，包括照明模塊、成像單元、微控制器、密封艙、微型計算機、電源模塊、密封箱體、支架、人機交互模塊；其中，所述成像單元對目標物進行微米級顯微光譜成像，它包括依次連接且布置在同一光軸上的快照式光譜相機、延伸管、液態透鏡、成像鏡組，所述照明模塊照亮目標物；所述照明模塊、成像單元、微控制器安裝在密封艙內部支架上，所述液態透鏡和照明模塊均與微控制器相連，由微控制器控制照明模塊的開和關；所述微型計算機、電源模塊、人機交互模塊安裝在密封箱體內，電源模塊用于給水下顯微光譜成像裝置提供工作電壓；所述快照式光譜相機、微控制器、人機交互模塊均與微型計算機相連；所述密封艙和密封箱體安裝支架上。

進一步的，所述成像鏡組包括光學變焦鏡頭或長工作距離成像物鏡，所述光學變焦鏡頭或長工作距離物鏡的光學放大倍率大于2倍；微控制器通過電壓信號控制液態透鏡的透鏡形狀，響應速度為毫秒級，改變成像單元等效焦距，在大于5 cm的顯微成像工作距離下實現對焦，并具有毫米級可調工作距離范圍。

進一步的，所述快照式光譜相機一次成像即可獲得全部目標波段的光譜圖像，可用于采集畫幅式光譜圖像或光譜視頻。