一種海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)，屬于海洋溢油監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在海洋溢油事故發(fā)生后能夠快速響應(yīng)，及時識別水面溢油，并繪制溢油的空間和厚度分布，對確定溢油回收計劃、溢油漂浮軌跡建模、分散劑處理效果評估等具有非常重要的作用。隨著航空光學(xué)遙感技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)載光學(xué)成像大大促進(jìn)了溢油應(yīng)急響應(yīng)的效率，特別是多光譜相機(jī)，能夠同時獲得水面的多個譜段的圖像信息，有效識別溢油區(qū)域并估算溢油厚度。合理選擇工作譜段的多光譜相機(jī)還能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)化海洋溢油監(jiān)測。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，小型無人機(jī)平臺在溢油應(yīng)急響應(yīng)中表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的性能，能夠快速布置，可適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、避免人員傷害。
[0003]現(xiàn)有的機(jī)載多光譜相機(jī)主要有切換濾光片的分時成像多光譜相機(jī)和多通道同時成像的相機(jī)陣列多光譜相機(jī)。分時成像多光譜相機(jī)由于每個譜段成像時間不一致，對機(jī)載平臺穩(wěn)定性要求非常高，并且需要精準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)，后期圖像處理難度很大，光譜切換部件體積較大，難以實(shí)現(xiàn)小型化和云臺安裝?；谙鄼C(jī)陣列的多光譜相機(jī)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)相機(jī)多通道同時成像，但是多相機(jī)的同步控制難度較大，并且多相機(jī)陣列體積較大，難以用于微型無人機(jī)平臺。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)，該多光譜相機(jī)具有體積小、重量輕、快照成像的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于微小型無人機(jī)平臺。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來具體實(shí)現(xiàn):
[0006]—種海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)，包括可見-近紅外鏡頭、可見-近紅外面陣光電探測器、多光譜濾光膜、控制與信號處理電路，所述可見-近紅外鏡頭的后側(cè)設(shè)置所述多光譜濾光膜、所述多光譜濾光膜的后側(cè)設(shè)置所述可見-近紅外面陣光電探測器，所述可見-近紅外面陣光電探測器與所述控制與信號處理器連接。
[0007]優(yōu)選地，所述多光譜濾光膜鍍在所述可見-近紅外面陣光電探測器的表面。
[0008]所述多光譜濾光膜包括至少兩種濾光膜單元，所述至少兩種濾光膜單元具有不同的光譜透過率，并且均勻的間隔鋪設(shè)并覆蓋所述可見-近紅外面陣光電探測器的表面。
[0009]所述至少兩種濾光膜單元的光譜透過率在400-1000nm范圍內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步的，任意兩種濾光膜單元的光譜透過譜段中心波長相差至少30nm。
[0011]所述多光譜濾光膜包括四種濾光膜單元，其對應(yīng)的中心波長分別為450nm、550nm、600nm、71 Onm，半高寬均為I Onm，四種濾光膜單元均勾間隔分布，各占總像元數(shù)的I /4。
[0012]優(yōu)選地，還包括相機(jī)接口，所述相機(jī)接口與所述控制與信號處理電路連接。
[0013]更進(jìn)一步的，還包括機(jī)械殼體，所述可見-近紅外鏡頭、可見-近紅外面陣光電探測器、多光譜濾光膜、控制與信號處理電路、相機(jī)接口置于所述機(jī)械殼體內(nèi)部。
[0014]所述控制與信號處理電路包括CCD或CMOS探測器的驅(qū)動控制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，及數(shù)字信號處理電路，相機(jī)接口電路根據(jù)要求可設(shè)計成LVDS接口或以太網(wǎng)接口。
[0015]所述的可見-近紅外鏡頭，透過率在400-800nm范圍內(nèi)，并且具有消色差設(shè)計，鏡頭為定焦鏡頭，通過螺紋與相機(jī)外殼連接或通過法蘭盤與相機(jī)機(jī)械外殼螺釘連接。
[0016]所述的可見-近紅外面陣光電探測器，可選擇硅基黑白面陣CCD或者CMOS探測器，探測波段在400-1000nm光譜范圍內(nèi)。
[0017]所述的機(jī)械殼體采用鋁合金或鎂合金材料，并進(jìn)行輕量化設(shè)計。
[0018]本實(shí)用新型提供的一種海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)的成像處理方法步驟如下:
[0019]一種成像處理方法，使用所述海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)，一次曝光獲取一幅包含至少兩個光譜段信息的圖像，通過插值方法獲取每個譜段完整的圖像。通過對每個譜段完整的圖像組成的多光譜圖像進(jìn)行分析處理，得到一幅包含溢油信息和厚度分布的圖像。
[0020]所述通過對每個譜段完整的圖像組成的多光譜圖像進(jìn)行分析處理，得到一幅包含溢油信息和厚度分布的圖像，具體包括:通過兩步算法對圖像中的每一個像素進(jìn)行判定:①首先采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法判斷有油/無油，得到一幅二進(jìn)制掩碼圖像;②采用基于比值的模糊算法將有油的像素再進(jìn)一步歸類為不同的油膜厚度，其中采用的比值包括不同通道有油的像素值與無油像素值的比值。
[0021]通過上述處理，能夠獲得一幅包含了溢油信息和油膜厚度的溢油分布圖。
[0022]采用上述方案實(shí)現(xiàn)的海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)，具有體積小、重量輕、快照式成像的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于微小型無人機(jī)平臺，可實(shí)現(xiàn)快速海面溢油監(jiān)測，是衛(wèi)星遙感監(jiān)測和地面固定式溢油監(jiān)測的有益補(bǔ)充，為我國環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)、溢油事故應(yīng)急處理提供及時有效的圖像/數(shù)據(jù)資料。
【附圖說明】
[0023]下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]圖1為海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)原理圖；
[0025]圖2為多光譜濾光膜示意圖；
[0026]圖3為多光譜濾光膜通帶示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述一種海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)，包括可見-近紅外鏡頭1、可見-近紅外面陣光電探測器3、多光譜濾光膜2、控制與信號處理電路4，所述可見-近紅外鏡頭的后側(cè)設(shè)置所述多光譜濾光膜、所述多光譜濾光膜的后側(cè)設(shè)置所述可見-近紅外面陣光電探測器，所述可見-近紅外面陣光電探測器與所述控制與信號處理器連接。
[0028]圖1為海洋溢油監(jiān)測用多光譜相機(jī)原理圖。由可見-近紅外鏡頭I收集水面目標(biāo)反射光并成像于可見-近紅外面陣光電探測器3、多光譜濾光膜2直接鍍在面陣光電探測器成像面上，對目標(biāo)的成像光束進(jìn)行濾光后成像于對應(yīng)面陣光電探測器的像素單元，探測器控制與信號處理電路將探測器輸出的各像素模擬電信號按順序輸出，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行插值處理，處理之后的信號通過數(shù)字接口如LVDS或以太網(wǎng)口輸出。
[0029]探測器可選用SONY公司的ICX694全局快門黑白CCD圖像傳感器，具有2736*2192像素，像元尺寸4.54um。
[0030]控制與信號處理電路采用FPGA+DSP的核心架構(gòu)，其中，F(xiàn)PGA可選用XC4VSX55，主要用于驅(qū)動C⑶或CMOS探測器輸出模擬電信號及數(shù)字信號的接口，DSP可選用TMS320C6457，用于對電信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制及數(shù)字信號的插值處理。
[0031]優(yōu)選地，所述多光譜濾光膜粘接在所述可見-近紅外面陣光電探測器的表面。
[0032]所述多光譜濾光膜包括至少2種濾光膜單元，所述至少兩種濾光膜單元具有不同的光譜透