一種圖像光譜探測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種圖像光譜探測裝置，包括成像透鏡組、反射鏡、成像透鏡、CCD相機(jī)、光纖、光纖光譜儀和顯示處理器；反射鏡與光軸呈銳角角度；入射圖像信號通過成像透鏡組形成入射光信號，經(jīng)反射鏡反射到成像透鏡，聚焦到CCD相機(jī)中，形成圖像信息在顯示處理器顯示；反射鏡的中心位置開有與裸光纖相適配的小孔，光纖的裸光纖端通過小孔接收入射光信號，另一端接光纖光譜儀，探測光譜信息，將光譜圖顯示在顯示處理器。本發(fā)明的入射光信號直接耦合到光纖，傳輸?shù)焦饫w光譜儀進(jìn)行光譜測量，中間無需任何反射介質(zhì)，能夠探測到最真實(shí)的光譜信號。根據(jù)目前商用光纖光譜儀的技術(shù)參數(shù)，該圖像分析系統(tǒng)可將光譜分辨率提高到Δλ/λ=0.0001數(shù)量級。
【專利說明】一種圖像光譜探測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜應(yīng)用、光譜成像技術(shù)、顯微光譜及圖像探測領(lǐng)域，更具體地，涉及一種圖像光譜探測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜探測與分析技術(shù)具有無接觸、無損傷的優(yōu)點(diǎn)，能夠檢測到被測物體的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等指標(biāo)，是自然科學(xué)中一種日趨重要的研究手段。
[0003]光譜評價是基于點(diǎn)測量，而圖像測量是基于空間特性變化，兩者各有其優(yōu)缺點(diǎn)。因此將兩者結(jié)合，產(chǎn)生光譜成像學(xué)科。光譜成像數(shù)據(jù)是圖譜合一的海量數(shù)據(jù)源，它同時包含了圖像信息和光譜信息，能夠給出各個波段上每個像素的光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)，而且光譜分辨率較高。光譜成像技術(shù)可分為三類:多光譜成像、高光譜成像和超光譜成像技術(shù)，它們的光譜分辨率呈指數(shù)增長。
[0004]早在20世紀(jì)60年代，學(xué)者就提出了多光譜成像技術(shù)，不過該技術(shù)只能簡單探測可見光和近紅外區(qū)域幾個波段，光譜分辨率只有Λ λ/λ =0.1數(shù)量級。1983年美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研制出第一臺高成像光譜儀(AIS-1)，其光譜分辨率達(dá)到Λ λ/λ =0.01數(shù)量級，之后國內(nèi)外對高光譜的研究日趨成熟。最杰出的超光譜成像儀首推美國著名的TRW公司研制代號為trwis-3的超光譜成像儀，它的波段范圍很寬，從0.4um到2.5um,具有384個連續(xù)光譜通道。然而想要實(shí)現(xiàn)分辨率高達(dá)Λ λ/λ=0.001量級的超光譜成像儀還需要研究人員更進(jìn)一步的努力。
[0005]光譜成像技術(shù)不僅具有光譜分辨能力，還具有圖像分辨能力，利用光譜成像技術(shù)不僅可以對待檢測物體進(jìn)行定性和定量分析，而且還能進(jìn)對其進(jìn)行定位分析。所以光譜成像技術(shù)主要應(yīng)用于遙感觀測領(lǐng)域，如進(jìn)行地質(zhì)礦物識別填圖研究、植被生態(tài)及軍事目標(biāo)識另丨J等。
[0006]但是成像光譜需要保存數(shù)據(jù)十分龐大，而且在很多實(shí)際應(yīng)用中，我們只需要定點(diǎn)測量光譜，并不需要對圖像中的每個像素點(diǎn)進(jìn)行光譜測量，只需要對圖像的感興趣的一個或者幾個像素區(qū)域進(jìn)行光譜測量，這主要體現(xiàn)在納米材料科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、表面發(fā)射率等光譜應(yīng)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有光譜成像存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種圖像光譜探測裝置，用于對圖像中心位置一個或幾個感興趣的像素區(qū)域進(jìn)行光譜測量分析探測，采用該測量方法能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)光譜成像技術(shù)對全部像素都需要進(jìn)行光譜測量，導(dǎo)致需要較大存儲空間及大數(shù)據(jù)處理所帶來的不足。
[0008]為了解決上述不足，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種圖像光譜探測裝置，包括成像透鏡組、反射鏡、成像透鏡、面陣C⑶相機(jī)、光纖、光纖光譜儀和顯示處理器； 入射圖像信號通過成像透鏡組形成入射光信號，入射光信號通過反射鏡的反射面反射到成像透鏡，聚焦到面陣CXD相機(jī)中，形成圖像信息，并在顯示處理器中顯示；
所述反射鏡與光軸呈a角度，0° <a<90° ;且反射鏡的中心位置開有與裸光纖相適配的小孔，光纖的裸光纖端通過小孔與反射鏡連接，另一端接光纖光譜儀；光纖光譜儀與顯示處理器連接。
[0009]光軸是指入射光信號的中心線。反射鏡與光軸有一定夾角，從而入射光信號通過反射鏡的反射面反射到成像透鏡，聚焦到面陣CCD表面，形成圖像信息。
[0010]入射圖像信號通過成像透鏡組I形成入射光信號，并通過反射鏡2反射到成像透鏡組，聚焦到面陣CXD相機(jī)4中，形成圖像信息，并在顯示處理器8中顯示。
[0011]另外在反射鏡2中心位置，其入射光信號直接進(jìn)入到光纖6中，并傳輸?shù)焦饫w光譜儀7，形成光譜信息。
[0012]為了防止松動造成光纖斷裂或者平移，光纖的裸光纖端通過裸纖適配器固定在反射鏡的小孔內(nèi)，并采用固定件將裸纖適配器粘貼固定在反射鏡的背光面。裸光纖端的纖芯及包層穿過裸光纖適配器后插入小孔中，光纖端面與反射鏡保持平滑。
[0013]成像透鏡組、反射鏡、成像透鏡、面陣C⑶相機(jī)、裸光纖適配器及其固定件這六個組件的位置是相對固定的，并用暗盒包裝起來。如圖1虛框所示。若要觀察其他位置的光譜信息，可以移動暗盒使感興趣點(diǎn)位于圖像中間即可。
[0014]其中顯示處理器為計算機(jī)，光纖為多模光纖。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明的入射光信號直接耦合進(jìn)入光纖，傳輸?shù)焦饫w光譜儀進(jìn)行光譜測量，中間無需經(jīng)過任何反射介質(zhì)，能夠探測到最真實(shí)的光譜信號。本裝置在進(jìn)行光譜測量時無需進(jìn)行光譜維掃描，因此結(jié)構(gòu)也更加簡單，操作更加靈活，成本也將大幅度降低。
[0016]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了圖像光譜測量與分析的目的，可將圖像中任意一個或者多個像素點(diǎn)進(jìn)行光譜測量。同傳統(tǒng)光譜成像技術(shù)相比，無需對圖像所有像素點(diǎn)進(jìn)行光譜測量和儲存，從而提高測量速度，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0017]本發(fā)明可配備任意光纖光譜儀，從而實(shí)現(xiàn)寬光譜測量，根據(jù)目前商用光纖光譜儀的技術(shù)參數(shù)，該圖像分析系統(tǒng)可將光譜分辨率提高到Λ λ / λ =0.0001數(shù)量級，與超光譜成像技術(shù)相比，至少能提高一個數(shù)量級。同時光譜測量范圍可選覆蓋紫外光、可見光、近紅外光、遠(yuǎn)紅外光等波段。該系統(tǒng)無需進(jìn)行光譜維掃描，因此結(jié)構(gòu)也更加簡單，操作更加靈活，成本也將大幅度降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明提供的一種圖像光譜探測裝置示意圖。
[0019]圖2是反射鏡中心孔、裸纖適配器及固定件的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺
寸； 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0021]1-成像透鏡組；2_反射鏡；3_成像透鏡；4_面陣(XD相機(jī)；5_光纖；6_光纖光譜儀；7_顯示處理器；8_裸纖適配器；9_固定件。
[0022]本發(fā)明首次提出圖像光譜概念，即將光譜探測與圖像探測想融合，對圖像中心位置一個或幾個像素區(qū)域進(jìn)行光譜測量。與傳統(tǒng)光譜成像相比，無需對圖像所有像素點(diǎn)進(jìn)行光譜測量，從而提高測量速度，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也將更加簡單，操作更加靈活，成本也將大幅度降低。填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白。
[0023]本發(fā)明入射信號光直接耦合進(jìn)入光纖，傳輸?shù)焦饫w光譜儀進(jìn)行光譜測量，中間無需經(jīng)過任何反射介質(zhì)，能夠探測到最真實(shí)的光譜信號。
[0024]下面根據(jù)圖1給出本發(fā)明一個較好的實(shí)施例，用以說明本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，實(shí)現(xiàn)光譜測量的方法，而不是用來限定本發(fā)明的范圍。
[0025]如圖1，一種圖像光譜探測裝置，包括成像透鏡組1、反射鏡2、成像透鏡3、面陣CXD相機(jī)4、光纖5、光纖光譜儀6、計算機(jī)、裸纖適配器8 ;固定件9 ；
入射圖像信號通過成像透鏡組I形成入射光信號，入射光信號通過反射鏡2的反射面反射到成像透鏡3，聚焦到面陣CXD相機(jī)4中，形成圖像信息，并在計算機(jī)上顯示；
所述反射鏡2與光軸呈a角度，0° <a<90° ;且反射鏡2的中心位置開設(shè)有與裸光纖相適配的小孔，光纖5的裸光纖端通過小孔與反射鏡2連接，另一端接光纖光譜儀6 ;光纖光譜儀6與計算機(jī)連接。固定件9能夠固定裸光纖適配器8，并且將其粘貼到反射鏡2中心背光面，防止裸光纖適配器8松動造成光纖斷裂或者移位。光纖5的纖芯及包層穿過裸光纖適配器8后插入反射鏡2中心的小孔，光纖端面與反射鏡2保持平滑。
[0026]在本實(shí)施例中，采用分辨率為1024X768，1/2英寸的面陣CXD相機(jī)，反射鏡2與光軸的夾角為70° ,中心開設(shè)的小孔的直徑為125um ;光纖5米用多模光纖，內(nèi)徑(纖芯)是62.5 μ m,外徑(包層)是125 μ m。裸光纖適配器8米用SC型,孔直徑為125um。固定件9能夠固定裸光纖適配器8，并且將其粘貼到反射鏡2中心背光面，防止裸光纖適配器8松動造成光纖斷裂或者移位。光纖5的纖芯及包層穿過裸光纖適配器8后插入小孔中，光纖端面與反射鏡2保持平滑。
[0027]同時，光纖光譜儀6的光譜測量范圍為200nm-1100nm，光學(xué)分辨率為0.3nm,積分時間Ims至大于60s。
[0028]計算機(jī)顯示面陣CXD相機(jī)4的圖像，并標(biāo)注出中點(diǎn)位置；同時也用于控制光纖光譜儀6進(jìn)行光譜測量和光譜圖顯示。
[0029]整個系統(tǒng)的工作流程是:
入射圖像信號通過成像透鏡組I形成入射光信號，并通過反射鏡2反射到成像透鏡組，聚焦到面陣CCD相機(jī)4中，形成圖像信息，并在計算機(jī)中顯示。
[0030]另外在反射鏡2中心位置，其入射光信號直接進(jìn)入到光纖5中，并傳輸?shù)焦饫w光譜儀6,形成光譜信息。
[0031]成像透鏡組1、反射鏡2、成像透鏡3、面陣CXD相機(jī)4、裸光纖適配器8及其固定件9這六個組件的位置是相對固定的，并用暗盒包裝起來。若要觀察其他位置的光譜信息，可以移動暗盒使感興趣點(diǎn)位于圖像中間即可。
[0032]本發(fā)明的圖像光譜無需進(jìn)行光譜維的掃描，使得它比成像光譜探測速度更快，數(shù)據(jù)量小，光譜分辨率更高，若搭配高分辨率的光譜儀，那么其光譜分辨率可達(dá)到△ λ/λ =0.0001數(shù)量級。而且與模式識別、圖像處理等技術(shù)手段相結(jié)合，可以自動識別需要測量光譜的位置，實(shí)現(xiàn)自動化的測量，為在線監(jiān)測提供有力的技術(shù)支持。 [0033]相同或相似的標(biāo)號對應(yīng)相同或相似的部件；
附圖中描述位置關(guān)系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像光譜探測裝置，其特征在于，包括成像透鏡組(I)、反射鏡(2)、成像透鏡(3)、面陣C⑶相機(jī)(4)、光纖(5)、光纖光譜儀(6)和顯示處理器(7)；入射圖像信號通過成像透鏡組(I)形成入射光信號，經(jīng)反射鏡(2)反射到成像透鏡(3)，聚焦到面陣C⑶相機(jī)(4)中，形成圖像信息，并在顯示處理器顯示(7)；所述反射鏡(2)與光軸呈a角度，O。<a<90° ;且反射鏡(2)的中心位置開有與裸光纖相適配的小孔，光纖(5)的裸光纖端通過小孔與反射鏡(2)連接，另一端接光纖光譜儀(6);光纖光譜儀(6)與顯示處理器(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像光譜探測裝置，其特征在于，光纖(5)的裸光纖端通過裸纖適配器(8)固定在反射鏡的小孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像光譜探測裝置，其特征在于，所述圖像光譜探測裝置還包括用于將裸纖適配器(8 )固定在反射鏡(2 )上的固定件(9 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像光譜探測裝置，其特征在于，所述顯示處理器(7)為計算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的圖像光譜探測裝置，其特征在于，所述光纖(5)為多模光纖。
【文檔編號】G01J3/28GK103926000SQ201410187794
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】蔡志崗, 陳健沛, 謝立恒, 王福娟, 李佼洋 申請人:中山大學(xué)