一种基于陷波滤光片的光谱成像系统及成像方法技术方案

本发明专利技术公开的一种基于陷波滤光片的光谱成像系统及成像方法，涉及成像技术领域。本发明专利技术的装置包括物镜、准直镜、截止滤光装置、陷波滤光片阵列、透镜阵列、探测器。截止滤光装置用于将接收到的光信号滤波到预先设定的波段范围之内；陷波滤光片阵列用于阻挡中心波长谱带的光信号，透过其他谱带的光信号，从而实现对光信号的调制；透镜阵列用于对陷波滤光片调制的光成陷波子图像，以及对从陷波滤光片机械夹持器件上的透光孔出射的光成参考子图像。本发明专利技术还公开一种基于陷波滤光片的光谱成像系统的工作方法，基于陷波滤光片的成像方法提高光利用率，在缩短曝光时间的同时提高信噪比，进而能够实现实时光谱成像。本发明专利技术具有体积小、结构紧凑的优点。

A spectral imaging system and method based on notch filter

【技术实现步骤摘要】
一种基于陷波滤光片的光谱成像系统及成像方法
本专利技术涉及成像
，尤其涉及一种基于陷波滤光片的光谱成像系统及成像方法。
技术介绍
光谱成像技术同时记录物体的空间和光谱信息，相较于传统成像技术能够获得更丰富的物体细节，目前已广泛应用于农业生产、物质识别、地质勘探和生物医学等众多领域。传统的基于窄带滤光片的光谱成像系统，为了提高光谱分辨率只采集目标谱段而阻挡了其他谱段的光信息，造成整体的光通量利用率低下，信噪比小，采集时需要更多的曝光时间，因而无法应用于动态场景。此外，现有的高光利用率的光谱成像系统，大多采用混叠编码、计算重构的方式，需要消耗大量的计算资源和时间进行图像重构，无法做到实时成像，从而影响实际使用。
技术实现思路
为解决现有技术中基于窄带滤光片的光谱成像系统和基于混叠编码、计算重构的光谱成像系统分别存在的缺点，并兼顾上述两种系统的优点。本专利技术公开的一种基于陷波滤光片的光谱成像系统及成像方法要解决的技术问题是：基于陷波滤光片的成像方法提高光利用率，在缩短曝光时间的同时提高信噪比，进而能够实现实时光谱成像。本专利技术具有体积小、结构紧凑的优点。为实现所述目的，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术公开的一种基于陷波滤光片的光谱成像系统，包括物镜、准直镜、截止滤光装置、陷波滤光片阵列、透镜阵列、探测器。所述截止滤光装置用于将接收到的光信号滤波到预先设定的波段范围之内，所述截止滤光装置主要由短波通截止滤光片和长短波通截止滤光片组成。所述陷波滤光片阵列用于阻挡中心波长谱带的光信号，透过其他谱带的光信号，从而实现对光信号的调制，所述陷波滤光片阵列包括陷波滤光片机械夹持器件和多个陷波滤光片，所述陷波滤光片机械夹持器件上加工有固定多个陷波滤光片的安装孔，还加工有与陷波滤光片形状相同的透光孔，所述的陷波滤光片的安装孔和透光孔呈阵列排布。所述透镜阵列用于对陷波滤光片调制的光成陷波子图像，以及对从陷波滤光片机械夹持器件上的透光孔出射的光成参考子图像，所述透镜阵列包括透镜机械夹持器件和多个透镜，所述透镜机械夹持器件加工有呈阵列排布的多个透镜安装孔。所述透镜机械夹持器件中多个透镜安装孔位置与所述的陷波滤光片机械夹持器件中安装孔和透光孔位置一一对应。按照光线出射方向，入射光依次经过物镜、准直镜、截止滤光装置、陷波滤光片阵列、透镜阵列，最终被探测器采集。所述物镜用于将入射光聚焦到准直镜的前焦面上，所述准直镜用于将接收到的光进行光束准直。准直后的光入射到截止滤光装置中，所述截止滤光装置用于将接收到的光信号滤波到预先设定的波段范围之内。所述陷波滤光片阵列分别阻挡中心波长谱带的光信号，透过其他谱带的光信号，从而实现对光信号的调制。透镜阵列分别对陷波滤光片调制的光成陷波子图像，以及对透过陷波滤光片阵列上透光孔的光成参考子图像。所述探测器用于接收从透镜阵列出射的光，并将其转化为图像数字信号，所述图像数字信号输出给图像处理模块，通过图像处理模块进行图像处理实现高光通量的光谱成像。通过图像处理模块进行图像处理实现高光通量的光谱成像，实现方法为：将观测图像进行均匀性校正并从中定位、裁剪出参考子图像和陷波子图像，将参考子图像与每个陷波子图像作差，分别得到与所述陷波子图像中心波长对应的差值图像，即分别等效为所述中心波长的光谱图像。本专利技术使用陷波滤光片进行光调制编码，而后通过参考图像进行解算的方式获得光谱图像的方法，相较传统的基于窄带滤光片的光谱成像方式，能够提高光利用率，在缩短曝光时间的同时提高信噪比，进而能够实现实时光谱成像。本专利技术具有体积小、结构紧凑的优点。为了提高探测器的利用面积，以及提高结构紧凑性，作为优选，所述的陷波滤光片的安装孔和透光孔呈正六边形阵列排布，在正六边形阵列中心和正六边形顶点布设陷波滤光片安装孔和透光孔。作为进一步优选，所述安装孔和透光孔为圆形。为了提高探测器的利用面积，以及提高结构紧凑性，作为优选，所述透镜机械夹持器件加工有呈正六边形阵列排布的多个透镜安装孔。在正六边形阵列中心和正六边形顶点布设透镜安装孔。作为进一步优选，所述透镜安装孔为圆形。本专利技术还公开一种基于陷波滤光片的光谱成像系统的工作方法，包括如下步骤：步骤一：按照本专利技术公开的一种基于陷波滤光片的光谱成像系统搭建硬件系统，并利用所述光谱成像系统采集场景的光谱图像信息。在光谱成像系统中通过所述截止滤光装置将光波长限定在预设的光谱波段内，再通过陷波滤光片进一步对光信号进行调制编码得到陷波子图像，同时得到未经陷波滤光片调制的参考子图像。相较传统的窄带滤光片，本专利技术公开的光谱成像系统充分利用陷波滤光片的高利用率性质，显著提高光谱数据光通量，在缩短曝光时间的同时提高信噪比，进而能够实现实时成像。步骤二：使用所述的光谱成像系统观测均匀白板，对所得图像进行归一化得到渐晕校正矩阵，而后利用渐晕校正矩阵对步骤一采集的图像进行渐晕校正。步骤三：确定子图像的位置和尺寸，从步骤二中得到渐晕校正的图像中裁剪出参考子图像和陷波子图像，并进行图像对齐。在光谱成像系统位置固定的情况下，裁剪位置和变换矩阵一经标定，即视为已知常量，后续采集时无需反复求解。步骤四：将步骤三得到的参考子分别与陷波图像作差，分别得到所述单个陷波子图像对应中心波长的差值图像，即分别等效为所述中心波长的光谱图像，至此，实现高光通量的光谱成像。有益效果：1、本专利技术公开的一种基于陷波滤光片的光谱成像系统及成像方法，使用陷波滤光片进行光调制，相较传统的窄带滤光片，能够提高光谱数据光通量，在缩短曝光时间的同时显著提高信噪比，进而能够实现实时成像。2、本专利技术公开的一种基于陷波滤光片的光谱成像系统及成像方法，后续数据处理流程简单，利用参考子图像和陷波子图像进行作差求解，相对于传统的压缩编码、计算重构的光谱成像系统，能够节省大量的计算资源和时间，实现以视频帧率多光谱成像。3、本专利技术公开的一种基于陷波滤光片的光谱成像系统及成像方法，采用阵列结构设计，将多个陷波滤光片和多个透镜分别排列在一起，同时使用单个大尺寸探测器，所提的光谱成像系统体积小、结构紧凑。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单介绍。图1是本专利技术实施例提供的光谱成像系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的陷波滤光片阵列结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的透镜阵列结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的数据处理方法的流程图；图中：101-物镜、102-准直镜、103-截止滤光装置、104-陷波滤光片阵列、105-透镜阵列、106-探测器、201-陷波滤光片机械夹持器件、202-陷波滤光片、301-透镜机械夹持器件、302-透镜。具体实施方式为了更好地说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和实例对
技术实现思路
做进一步说明。实施例1：如图1所示，本实施例公开的基于陷波滤光片的光谱成像系统，包括物镜101、准直镜102、截止滤光装置103本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于陷波滤光片的光谱成像系统，其特征在于：包括物镜(101)、准直镜(102)、截止滤光装置(103)、陷波滤光片阵列(104)、透镜阵列(105)、探测器(106)；所述截止滤光装置(103)用于将接收到的光信号滤波到预先设定的波段范围之内，所述截止滤光装置(103)主要由短波通截止滤光片和长短波通截止滤光片组成；所述陷波滤光片阵列(104)用于阻挡中心波长谱带的光信号，透过其他谱带的光信号，从而实现对光信号的调制，所述陷波滤光片阵列(104)包括陷波滤光片机械夹持器件(201)和多个陷波滤光片(202)，所述陷波滤光片机械夹持器件(201)上加工有固定多个陷波滤光片的安装孔，还加工有与陷波滤光片形状相同的透光孔，所述的陷波滤光片的安装孔和透光孔呈阵列排布；所述透镜阵列(105)用于对陷波滤光片调制的光成陷波子图像，以及对从陷波滤光片机械夹持器件(201)上的透光孔出射的光成参考子图像，所述透镜阵列(105)包括透镜机械夹持器件(301)和多个透镜(302)，所述透镜机械夹持器件(301)加工有呈阵列排布的多个透镜安装孔；所述透镜机械夹持器件(301)中多个透镜安装孔位置与所述的陷波滤光片机械夹持器件(201)中安装孔和透光孔位置一一对应；/n按照光线出射方向，入射光依次经过物镜(101)、准直镜(102)、截止滤光装置(103)、陷波滤光片阵列(104)、透镜阵列(105)，最终被探测器(106)采集；所述物镜(101)用于将入射光聚焦到准直镜(102)的前焦面上，所述准直镜(102)用于将接收到的光进行光束准直；准直后的光入射到截止滤光装置(103)中，所述截止滤光装置(103)用于将接收到的光信号滤波到预先设定的波段范围之内；所述陷波滤光片阵列(104)分别阻挡中心波长谱带的光信号，透过其他谱带的光信号，从而实现对光信号的调制；透镜阵列(105)分别对陷波滤光片调制的光成陷波子图像，以及对透过陷波滤光片阵列(104)上透光孔的光成参考子图像；所述探测器(106)用于接收从透镜阵列出射的光，并将其转化为图像数字信号，所述图像数字信号输出给图像处理模块，通过图像处理模块进行图像处理实现高光通量的光谱成像。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于陷波滤光片的光谱成像系统，其特征在于：包括物镜(101)、准直镜(102)、截止滤光装置(103)、陷波滤光片阵列(104)、透镜阵列(105)、探测器(106)；所述截止滤光装置(103)用于将接收到的光信号滤波到预先设定的波段范围之内，所述截止滤光装置(103)主要由短波通截止滤光片和长短波通截止滤光片组成；所述陷波滤光片阵列(104)用于阻挡中心波长谱带的光信号，透过其他谱带的光信号，从而实现对光信号的调制，所述陷波滤光片阵列(104)包括陷波滤光片机械夹持器件(201)和多个陷波滤光片(202)，所述陷波滤光片机械夹持器件(201)上加工有固定多个陷波滤光片的安装孔，还加工有与陷波滤光片形状相同的透光孔，所述的陷波滤光片的安装孔和透光孔呈阵列排布；所述透镜阵列(105)用于对陷波滤光片调制的光成陷波子图像，以及对从陷波滤光片机械夹持器件(201)上的透光孔出射的光成参考子图像，所述透镜阵列(105)包括透镜机械夹持器件(301)和多个透镜(302)，所述透镜机械夹持器件(301)加工有呈阵列排布的多个透镜安装孔；所述透镜机械夹持器件(301)中多个透镜安装孔位置与所述的陷波滤光片机械夹持器件(201)中安装孔和透光孔位置一一对应；
按照光线出射方向，入射光依次经过物镜(101)、准直镜(102)、截止滤光装置(103)、陷波滤光片阵列(104)、透镜阵列(105)，最终被探测器(106)采集；所述物镜(101)用于将入射光聚焦到准直镜(102)的前焦面上，所述准直镜(102)用于将接收到的光进行光束准直；准直后的光入射到截止滤光装置(103)中，所述截止滤光装置(103)用于将接收到的光信号滤波到预先设定的波段范围之内；所述陷波滤光片阵列(104)分别阻挡中心波长谱带的光信号，透过其他谱带的光信号，从而实现对光信号的调制；透镜阵列(105)分别对陷波滤光片调制的光成陷波子图像，以及对透过陷波滤光片阵列(104)上透光孔的光成参考子图像；所述探测器(106)用于接收从透镜阵列出射的光，并将其转化为图像数字信号，所述图像数字信号输出给图像处理模块，通过图像处理模块进行图像处理实现高光通量的光谱成像。


2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄华，张茂清，王立志，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11