The invention discloses an underwater micro-spectral imaging device and method based on a snapshot spectral camera, which comprises an illumination module, an imaging unit, a microcontroller, a sealed cabin, a microcomputer, a power module, a sealed box, a bracket and a human-computer interaction module, wherein the imaging unit comprises a snapshot spectral camera connected sequentially and arranged on the same optical axis, and an extension module. The illumination module, the imaging unit and the microcontroller are installed on the inner bracket of the sealed cabin, and the liquid lens and the illumination module are connected with the microcontroller; the microcontroller, the power module and the human-computer interaction module are installed in the sealed box; the snapshot spectral camera, the microcontroller and the human-computer interaction module are all connected with the microcomputers. The invention is reasonable in structure, compact in volume and convenient in operation, and can be observed and operated by divers in underwater dynamic environment, and has a variety of working modes.
【技术实现步骤摘要】
一种基于快照式光谱相机的水下显微光谱成像装置及方法
本专利技术涉及一种显微光谱成像
,尤其涉及一种基于快照式光谱相机的水下显微光谱成像装置及方法。
技术介绍
光学显微镜能够将人眼不能分辨的微小物体放大成像,以提取微细结构信息,被广泛应用于现代生命科学、药物医学、检验鉴定等领域。光谱成像技术将空间维度与光谱维度相结合,可以获得直观、丰富、准确的物质光学特性,已在卫星遥感、物质分类、军事等领域得到了广泛的应用。显微光谱成像技术将显微成像技术与光谱成像技术有机结合在一起,成为一种新型光学成像技术。基于此技术研发的显微光谱成像仪多为推扫型,即利用棱镜分光或线性渐变滤光片阵列获取被拍摄物的光谱信息,成像方式为线推扫,再进行图像拼接;或者扫描型,例如基于轮转滤光片、声光可调谐滤光片或液晶可调谐滤光片进行分光,通过光谱波段时序扫描采集光谱立方体数据。然而,相关研究和应用主要还是集中在陆地,而对于水下研究及应用相对较少。随着人类对海洋研究的不断深入,人们开始关注海藻、海草床、珊瑚礁等海洋生态中发生的微米级尺度生物活动,以研究其对海洋生态健康状况及长期动态演化过程的影响,例如珊瑚白化、珊瑚虫成长、底质结构等,因此,显微光谱成像技术在水下具有广阔的应用需求。美国专利(专利公开号:US2011/0205536A1)提出了一种可以装载于水下潜器底部,用来观察水中物体的高光谱成像设备,该装置通常用来对水下环境中的水生物种、水下环境等进行成像,但未涉及到微观领域。
技术实现思路
在水下环境复杂多变、理化生物活动相互耦合、水体对光传输衰减和散射等多重干扰下,如何解决常规显微成像工作距 ...
【技术保护点】
1.一种基于快照式光谱相机的水下显微光谱成像装置,其特征在于,包括照明模块(25)、成像单元、微控制器(19)、密封舱、微型计算机(11)、电源模块(9)、密封箱体(8)、支架、人机交互模块等;其中,所述成像单元对目标物进行显微光谱成像,它包括依次连接且布置在同一光轴上的快照式光谱相机(20)、延伸管(21)、液态透镜(22)、成像镜组(24),所述照明模块(25)照亮目标物;所述照明模块(25)、成像单元、微控制器(19)安装在密封舱的内部支架上,所述液态透镜(22)和照明模块(25)均与微控制器(19)相连,由微控制器(19)控制照明模块(25)的开和关;所述微型计算机(11)、电源模块(9)、人机交互模块安装在密封箱体(8)内,电源模块(9)用于给水下显微光谱成像装置提供工作电压;所述快照式光谱相机(20)、微控制器(19)、人机交互模块均与微型计算机(11)相连;所述密封舱和密封箱体安装支架上。
【技术特征摘要】
1.一种基于快照式光谱相机的水下显微光谱成像装置,其特征在于,包括照明模块(25)、成像单元、微控制器(19)、密封舱、微型计算机(11)、电源模块(9)、密封箱体(8)、支架、人机交互模块等;其中,所述成像单元对目标物进行显微光谱成像,它包括依次连接且布置在同一光轴上的快照式光谱相机(20)、延伸管(21)、液态透镜(22)、成像镜组(24),所述照明模块(25)照亮目标物;所述照明模块(25)、成像单元、微控制器(19)安装在密封舱的内部支架上,所述液态透镜(22)和照明模块(25)均与微控制器(19)相连,由微控制器(19)控制照明模块(25)的开和关;所述微型计算机(11)、电源模块(9)、人机交互模块安装在密封箱体(8)内,电源模块(9)用于给水下显微光谱成像装置提供工作电压;所述快照式光谱相机(20)、微控制器(19)、人机交互模块均与微型计算机(11)相连;所述密封舱和密封箱体安装支架上。2.根据权利要求1所述的基于快照式光谱相机的水下显微光谱成像装置,其特征在于,所述成像镜组(24)包括光学变焦镜头或长工作距离成像物镜,所述光学变焦镜头或长工作距离物镜的光学放大倍率大于2倍;微控制器(19)通过电压信号控制液态镜头(22)的透镜形状,响应速度为毫秒级,改变成像单元等效焦距,在大于5cm的显微成像工作距离下实现对焦,并具有毫米级可调工作距离范围。3.根据权利要求1所述的基于快照式光谱相机的水下显微光谱成像装置,其特征在于,所述快照式光谱相机(20)一次成像即可获得全部目标波段的光谱图像,可用于采集画幅式光谱图像或光谱视频。4.根据权利要求1所述的基于快照式光谱相机的水下显微光谱成像装置,其特征在于,所述照明模块(25)包括环形支架和LED组合阵列;所述环形支架与成像镜组(24)同轴;所述LED组合阵列包括多个LED阵列单元,每个LED阵列单元包括各个与感兴趣波段对应的窄光谱LED组合;所述LED阵列单元均与聚光罩结合,所述LED阵列单元按圆周均匀安装在环形支架内;微控制器通过打开或关闭LED阵列单元内某一种工作波段的窄光谱LED来改变照明光谱。5.根据权利要求1所述的基于快照式光谱相机的水下显微光谱成像装置,其特征在于,所述密封舱的前端盖(18)设置有光学玻璃窗口,所述成像镜组(24)前端面贴近光学玻璃;所述密封舱的后端盖(16)上安装水密接插件,作为实时连接成像端接口(15)。6.根据权利要求5所述的基于快照式光谱相机的水下显微光谱成像装置,其特征在于,所述密封箱体(8)侧面安装3个水密接插件,分别作为实时连接操控端接口(12)、外接电源接口(13)、数据输出接口(14);所述实时连接操控端接口(12)与实时连...
【专利技术属性】
技术研发人员:宋宏,吴超鹏,吴超钒,万启新,王文鑫,杨萍,方美芬,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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