[發明專利]一種基于陷波濾光片的光譜成像系統及成像方法

有效

• 申請號: 201911003521.1
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110702229B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 黃華;張茂清;王立志
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的一種基于陷波濾光片的光譜成像系統及成像方法，涉及成像技術領域。本發明的裝置包括物鏡、準直鏡、截止濾光裝置、陷波濾光片陣列、透鏡陣列、探測器。截止濾光裝置用于將接收到的光信號濾波到預先設定的波段范圍之內；陷波濾光片陣列用于阻擋中心波長譜帶的光信號，透過其他譜帶的光信號，從而實現對光信號的調制；透鏡陣列用于對陷波濾光片調制的光成陷波子圖像，以及對從陷波濾光片機械夾持器件上的透光孔出射的光成參考子圖像。本發明還公開一種基于陷波濾光片的光譜成像系統的工作方法，基于陷波濾光片的成像方法提高光利用率，在縮短曝光時間的同時提高信噪比，進而能夠實現實時光譜成像。本發明具有體積小、結構緊湊的優點。

技術領域

本發明涉及成像技術領域，尤其涉及一種基于陷波濾光片的光譜成像系統及成像方法。

背景技術

光譜成像技術同時記錄物體的空間和光譜信息，相較于傳統成像技術能夠獲得更豐富的物體細節，目前已廣泛應用于農業生產、物質識別、地質勘探和生物醫學等眾多領域。傳統的基于窄帶濾光片的光譜成像系統，為了提高光譜分辨率只采集目標譜段而阻擋了其他譜段的光信息，造成整體的光通量利用率低下，信噪比小，采集時需要更多的曝光時間，因而無法應用于動態場景。此外，現有的高光利用率的光譜成像系統，大多采用混疊編碼、計算重構的方式，需要消耗大量的計算資源和時間進行圖像重構，無法做到實時成像，從而影響實際使用。

發明內容

為解決現有技術中基于窄帶濾光片的光譜成像系統和基于混疊編碼、計算重構的光譜成像系統分別存在的缺點，并兼顧上述兩種系統的優點。本發明公開的一種基于陷波濾光片的光譜成像系統及成像方法要解決的技術問題是：基于陷波濾光片的成像方法提高光利用率，在縮短曝光時間的同時提高信噪比，進而能夠實現實時光譜成像。本發明具有體積小、結構緊湊的優點。

為實現所述目的，本發明采用以下技術方案。

本發明公開的一種基于陷波濾光片的光譜成像系統，包括物鏡、準直鏡、截止濾光裝置、陷波濾光片陣列、透鏡陣列、探測器。所述截止濾光裝置用于將接收到的光信號濾波到預先設定的波段范圍之內，所述截止濾光裝置主要由短波通截止濾光片和長短波通截止濾光片組成。所述陷波濾光片陣列用于阻擋中心波長譜帶的光信號，透過其他譜帶的光信號，從而實現對光信號的調制，所述陷波濾光片陣列包括陷波濾光片機械夾持器件和多個陷波濾光片，所述陷波濾光片機械夾持器件上加工有固定多個陷波濾光片的安裝孔，還加工有與陷波濾光片形狀相同的透光孔，所述的陷波濾光片的安裝孔和透光孔呈陣列排布。所述透鏡陣列用于對陷波濾光片調制的光成陷波子圖像，以及對從陷波濾光片機械夾持器件上的透光孔出射的光成參考子圖像，所述透鏡陣列包括透鏡機械夾持器件和多個透鏡，所述透鏡機械夾持器件加工有呈陣列排布的多個透鏡安裝孔。所述透鏡機械夾持器件中多個透鏡安裝孔位置與所述的陷波濾光片機械夾持器件中安裝孔和透光孔位置一一對應。

按照光線出射方向，入射光依次經過物鏡、準直鏡、截止濾光裝置、陷波濾光片陣列、透鏡陣列，最終被探測器采集。所述物鏡用于將入射光聚焦到準直鏡的前焦面上，所述準直鏡用于將接收到的光進行光束準直。準直后的光入射到截止濾光裝置中，所述截止濾光裝置用于將接收到的光信號濾波到預先設定的波段范圍之內。所述陷波濾光片陣列分別阻擋中心波長譜帶的光信號，透過其他譜帶的光信號，從而實現對光信號的調制。透鏡陣列分別對陷波濾光片調制的光成陷波子圖像，以及對透過陷波濾光片陣列上透光孔的光成參考子圖像。所述探測器用于接收從透鏡陣列出射的光，并將其轉化為圖像數字信號，所述圖像數字信號輸出給圖像處理模塊，通過圖像處理模塊進行圖像處理實現高光通量的光譜成像。

通過圖像處理模塊進行圖像處理實現高光通量的光譜成像，實現方法為：將觀測圖像進行均勻性校正并從中定位、裁剪出參考子圖像和陷波子圖像，將參考子圖像與每個陷波子圖像作差，分別得到與所述陷波子圖像中心波長對應的差值圖像，即分別等效為所述中心波長的光譜圖像。