一种快照式高光谱成像装置制造方法及图纸

一种快照式高光谱成像装置，由沿入射光向依次设置的平凸镜、微距镜片、二维光栅、5mm超广角镜头、工业CCD相机组成，光依次进入所述的平凸镜、微距镜片、二维光栅、5mm超广角镜头和工业CCD相机，工业CCD相机采集到的图像还可以由数据采集处理系统进行进一步的处理、提取和分析。本发明专利技术的成像装置的光路不需要设置专门的视场光阑来限制成像，光通量大，空间分辨率高，提高了光谱成像的质量和速度，简化了装置的结构。

A snapshot hyperspectral imaging device

A snapshot hyperspectral imaging device consists of a flat convex mirror, a micro lens, a two-dimensional grating, a 5mm ultra-wide angle lens and an industrial CCD camera arranged in turn along the direction of incident light. The light enters the flat convex mirror, a micro lens, a two-dimensional grating, a 5mm ultra-wide angle lens and an industrial CCD camera in turn. The image captured by the industrial CCD camera can be further processed by a data acquisition and processing system. Processing, extraction and analysis. The optical path of the imaging device of the invention does not need to set a special field of view aperture to restrict imaging. The optical flux is large, the spatial resolution is high, the quality and speed of spectral imaging are improved, and the structure of the device is simplified.

【技术实现步骤摘要】
一种快照式高光谱成像装置
本专利技术涉及光学遥感探测领域的光谱成像仪，具体涉及一种快照式高光谱成像装置。
技术介绍
光谱成像仪器要想获得完整的三维数据，理论上至少需增加一维的空间扫描或光谱扫描。光谱成像技术获取图谱信息的主要方式有:推扫式(Pushbroom)、滤镜式(凝视式)、傅里叶式、以及快照式(Snapshot)。1.推扫式。其成像原理为：为了获得空间二维图像通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。芬兰国立技术研究中心实验室研制的AISA就是典型的推扫式成像光谱仪。推扫式的优点在于：光谱分辨率高、采样率高，光路实现较容易，成本低。推扫式的缺点在于：速度慢，对采集要求较高(只可静态成像)，对焦难，有可移动部件。2.滤镜式。其成像原理为：滤镜式光谱成像系统可对固定窗口目标成像，采用滤光的方式分离并获取不同波段的图像信息，再将不同波段的图像堆叠成“数据立方”。滤镜式的优点在于：实现较容易，面成像，成本低。滤镜式的缺点在于：精度低，带宽大，存在外部控制器件。3.傅里叶式。其成像原理为：通过探测目标的干涉图并利用傅里叶变换计算获得光谱信息。傅里叶式的优点在于：面成像，精度高，分辨率高，光通量大，在弱辐射探测方面有优势。傅里叶式的缺点在于：成本高，不容易实现，有可移动部件，一般只适合于探测长波段。4.快照式。其成像原理为：计算机断层扫描图像光谱仪使用光栅光谱层析法借助透射光栅的色散和衍射效应,产生图像立方体的断层投影序列，然后通过求解欠定线性系统来恢复光谱。快照式的优点在于：专为需要非常短的采集时间的应用而开发，可以避免任何光机械组件，仅需要简单的光学路径，并将所有信息记录在一个图像中。快照式普遍存在的缺点是体积较大，复原算法复杂。本专利技术旨在提出一种快照式高光谱成像装置，该装置具有高达1.56nm的光谱分辨率和п×180×180约100000的空间分辨率。现有技术有很多快照式光谱探测组件，例如：文献1：CN103592029B文献2：“PracticalSpectralPhotography”，选自2012/P.Cignoni,T.Ertl第31卷(2012)，第2期文献3：CN102944305A以文献1为例，文献1公开了一种快照式计算层析成像全偏振高光谱探测装置，其技术方案为：装置由沿入射光向依次设置的前置光学镜组、视场光阑、准直镜组、二维偏振光栅、成像镜组、双偏振片、面阵探测器和数据采集处理系统组成；二维空间目标发出的光依次进入所述前置光学镜组、视场光阑、准直镜组、二维偏振光栅、成像镜组、偏振阵列，最终到达面阵探测器，数据采集处理系统控制面阵探测器快照一帧图像得到各偏振分量对应的高光谱图像的分布信息，然后数据采集处理系统提取和处理该帧图像数据得到被测二维目标的空间形貌、一维高光谱、全Stokes偏振参数三方面的信息。通过分析可知，文献1的技术方案仍然存在以下缺陷：(1)采用二维偏振光栅来获得偏振信息和光谱信息，但由于偏振光栅的性质，最终在探测器上成像时只能获得四个一级图像的光谱信息，不存在0级图像也没有四角的一级图像。这样既得不到目标物的空间位置信息，也得不到好的光谱数据信息。(2)视场光阑在系统中起到限制图像大小和控制杂散光的作用，但会减小光路的成像面积进而影响成像效果，对于文献1中的系统如果没有视场光阑将无法在探测器上获得独立的一级图像，因而损失一部分成像精度。
技术实现思路
本专利技术为了现有技术中快照式全偏振高光谱探测装置出现的种种缺陷，现提出一种全新的快照式高光谱成像装置。本专利技术的技术方案为：一种快照式高光谱成像装置，其特征在于，包括：由沿入射方向依次设置的成像镜头、准直镜头、分光元件、重新成像镜头和图像探测器构成。进一步地，所述成像镜头为单个平凸镜；所述准直镜头为微距透镜；所述分光元件为二维衍射光栅；所述重新成像镜头为广角镜头；所述图像探测器为工业CCD相机。进一步地，所述平凸镜为一片材质为K9的平凸镜片；所述微距透镜为一片+10屈光度，焦距为100mm的微距透镜；所述二维衍射光栅由两片完全相同的一维闪耀光栅正交放置构成；所述广角镜头采用5mm超广角镜头。进一步地，所述平凸镜采用焦距160mm、直径100mm的平凸镜，在与拍摄物的距离150mm处拍摄，拍摄到面积为п×35mm×35mm的清晰图像；所述微距透镜位于所述二维衍射光栅与所述成像物镜中间，且与所述二维衍射光栅之间保证最小170mm的距离，以保证拍摄图像的零级模式与一级模式不重叠；所述广角镜头安装在所述工业CCD相机上并紧贴所述二维衍射光栅放置，从而直接接收光栅衍射后的光斑，实现最佳成像效果。进一步地，所述分光元件选用以超白玻璃作为基底材质的玻璃光栅。进一步地，所述工业CCD相机的像素不低于500万像素和/或所述工业CCD相机采用可见光波段的黑白CCD相机。对比现有技术中存在的缺点和不足，采用了本专利技术技术方案的快照式高光谱成像装置，可以达到以下有益的技术效果：(1)采用高质量的光栅以及高通量的光路设置，不仅获得了清晰的0级图像还有8个方向上的一级图像，而0级图像可以用于直观的观察和确定目标的空间信息，四角方向的一级图像对于重建出的光谱图像数据的精度起着非常重要的作用，因此本专利技术的光谱成像质量远高于文献1中的结果。(2)不需要外加视场光阑来限制成像，由于系统中位置关系和元件选择的整体适配我们可以将完整的0级和8个方向上的1级图像成像在探测器像面上，而外加视场光阑会限制本专利技术的成像范围对本专利技术技术方案的拍摄效果起到相悖的作用，因此本专利技术的技术方案不需要设置专门视场光阑来进行成像，简化了装置结构。附图说明图1为快照式高光谱成像装置结构示意图；图2为平凸镜一实例的结构图；图3为微距镜片一实例的结构图；图4为衍射光栅一实例的结构图；图5为广角镜头一实例的结构图；图6为工业CCD相机一实例的结构图；图7为光路设计一实例的结构图；图8为现有技术中50mm/1：1.8镜头内部结构示意图；图9为本专利技术中单个平凸镜片结构示意图；图10为现有装置实际拍摄效果图；图11为现有装置在光强增大10倍后的实际拍摄效果图；图12为本专利技术装置拍摄的实际成像效果图。具体实施方式本专利技术的快照式高光谱成像装置结构示意图如图1所示。装置由沿入射光向依次设置的平凸镜1、微距镜片2、二维光栅3、5mm超广角镜头4、工业CCD相机5组成，光依次进入所述的平凸镜1、微距镜片2、二维光栅3、5mm超广角镜头4和工业CCD相机5，工业CCD相机5采集到的图像还可以由数据采集处理系统(图中未示出)进行进一步的处理、提取和分析。对于平凸镜1，可以采用如图2所示的一实物实例。一片材质为K9的平凸镜片组成装置物镜，作为成像镜头。K9水晶也叫K9玻璃(也可以泛指以K9料制成的玻璃制品)属于光学玻璃，主要用于光学镀膜等领域。透光度、折光效果、硬度和质感远高于树脂料。K9的组成如下：SiO2＝69.13％B2O3＝10.75％BaO＝3.07％Na2O＝10.40％K2O＝6.29％As2O3＝0.36％它的光学常数为：折射率＝1.51630色散＝0.00806阿贝数＝64.06表1所示为镜片选型一实施例，而非限制。选择K9材质的平凸镜作为成像镜头，光通过镜片后不会产生较多光的损失，折射，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快照式高光谱成像装置，其特征在于，包括：由沿入射方向依次设置的成像镜头、准直镜头、分光元件、重新成像镜头和图像探测器构成。

【技术特征摘要】
1.一种快照式高光谱成像装置，其特征在于，包括：由沿入射方向依次设置的成像镜头、准直镜头、分光元件、重新成像镜头和图像探测器构成。2.根据权利要求1所述的快照式高光谱成像装置，其特征在于：所述成像镜头为单个平凸镜；所述准直镜头为微距透镜；所述分光元件为二维衍射光栅；所述重新成像镜头为广角镜头；所述图像探测器为工业CCD相机。3.根据权利要求2所述的快照式高光谱成像装置，其特征在于：所述平凸镜为材质为K9水晶的平凸镜片；所述微距透镜为一片+10屈光度，焦距为100mm的微距透镜；所述二维衍射光栅由两片完全相同的一维闪耀光栅正交放置构成；所述广角镜头采用5mm超广角镜头。4.根据权利要求3所述的快照式高光谱成像装置，其特征在于：所述平凸镜采用焦距...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威，李文静，
申请(专利权)人：皑高森德医疗技术北京有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11