一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统，包括线性高光谱模组、机械旋转模组、信息处理模组、云服务器；线性高光谱模组依次包括成像镜头、狭缝、第一透镜、第一光楔、光栅、第二光楔、第二透镜、相机；成像镜头将待测物体成像在狭缝位置处，待测物体的像在狭缝对应的线性区域中通过，光栅对反射光线进行衍射分光，由相机采集衍射图像；机械旋转模组带动线性高光谱模组进行张角范围内旋转摆扫；机械旋转模组转动至张角范围角度时，系统生成场景内的全景高光谱图像；信息处理模组将高光谱成像系统实时采集的图谱数据发送至云服务器进行数据可视化和分析。本发明专利技术克服了传统高光谱成像技术价格昂贵，操作费时，尺度单一，图谱畸变等缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统
本专利技术涉及一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统。
技术介绍
目前，成像光谱仪以多通道光谱技术为基础，集光学成像和光谱测量为一体，可以同时获取目标的图像信息和对应的光谱信息。成像光谱仪能够对物质的结构和成分进行分析、测量和处理，具有分析精度高、测量范围广等优点，广泛应用于石油、材料、农学、地质勘探、生物化学、医药卫生、环境保护、安全检测等领域。目前，推扫式利用面探测器接收目标个波段的信息，其推扫所需空间较大，且对推扫平台精度要求较高，机械装置复杂。凝视型高光谱成像利用声光可调谐滤波器、渐变滤光片等分光方式分光，但目标的图像信息与光谱信息不能同时提取，后期数据处理比较困难，并且空间分辨率有限，光谱通道数也有限制。可以看到传统高光谱成像系统均需要机械空间扫描或波长扫描装置，成像方式复杂，时间冗长且价格昂贵。另外，这两种成像方式往往获得的信息多于所需的信息数十倍，资源利用率低。传统摆扫式也称为揺扫式、光机扫描式，利用线探测器接收目标各波段信息。传统的摆扫式高光谱成像系统机械复杂，需要精密电机控制反射镜进行摆扫，系统体积大，无法实现360度全景扫描。并且传统的旋转摆扫式高光谱成像系统图像存在畸变。云连接技术是云计算时代网络连接的综合表现，它融合计算机网络多种模式和技术，每一个用户等同为一个节点，用户只需要建立连接通道，就可以随时通过各节点从任何地方安全、高速地获取所需资源。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统，包括线性高光谱模组、机械旋转模组、信息处理模组、云服务器；所述的线性高光谱模组依次包括成像镜头、狭缝、第一透镜、第一光楔、光栅、第二光楔、第二透镜、相机；成像镜头将待测物体成像在狭缝位置处，待测物体的像在狭缝对应的线性区域中通过，狭缝后焦面处的第一透镜将反射光线准直成平行光线，光栅对反射光线进行衍射分光，第一光楔和第二光楔提供偏向角，将一级衍射光谱偏移至视场中心，由相机采集衍射图像；机械旋转模组带动线性高光谱模组进行张角范围内的旋转摆扫；高光谱成像系统对场景进行探测时，机械旋转模组每步进旋转一次，线性高光谱模组自动获取狭缝所对应线性区域每个点的光谱信息；机械旋转模组转动至张角范围的角度时，系统生成场景内的全景高光谱图像；所述的信息处理模组将高光谱成像系统实时采集的图谱数据发送至云服务器进行数据可视化和分析。所述的信息处理模组包括存储单元、处理单元、发送单元；处理单元用于重建场景无畸变的高光谱图像。所述的机械旋转模组包括电动旋转平台、控制器、三脚架，控制器控制电动旋转平台绕轴摆扫。所述的成像镜头采用显微物镜，用于实现显微场景下的高光谱成像。所述的机械旋转模组旋转θ0角度，每次步进精度是Δθ，当前步进次数是n，机械旋转模组带动线性高光谱模组旋转导致待测物体空间图像大小产生缩放畸变，待测物体在当前旋转角度的空间图像大小相对于起始角度空间图像的缩放因子如公式1所示，机械旋转模组的旋转在线性高光谱模组相机坐标系表示为绕X轴转动，系统的位姿朝向变化导致拼接产生了位姿畸变，旋转矩阵R为公式2所示，建立线性高光谱模组在旋转过程中图像坐标系的变换关系，如公式3所示，每帧线空间图像经过上述变换循环拼接在一起后得到无畸变的高光谱图像；其中，θ0是机械旋转模组旋转张角范围，Δθ是旋转台的步进精度，n是当前的步进次数，α是待测物体在当前旋转角度的空间图像大小相对于起始角度空间图像的缩放因子，R是当前旋转角度的相机坐标系相对于起始角度的相机坐标系的旋转因子，u0,v0是当前相机图像坐标系的像素点的坐标，u1,v1是矫正缩放畸变和位姿畸变后的相机图像像素坐标。本专利技术的有益效果是，提供了一种低成本的旋转摆扫式的高光谱成像系统，该系统将机械旋转模组和线性高光谱成像模组组合，可以低成本快速准确地获得无畸变的高光谱全景图像。并且前置物镜可以自由切换为显微物镜，以实现对显微尺度的待测目标的高光谱成像，对于现场低成本式原位显微图谱观测也具有重要意义。该系统克服了传统高光谱成像系统价格昂贵、操作费时、体积庞大，成像尺度单一等局限性，大大提高了光谱数据的采集效率。引入云连接技术进行图谱数据的共享，避免了花费大量人力物力在监测高光谱成像设备，大大提高了光谱数据采集的效率，使数据在云端网络能够可视化展现其价值。这种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统将很好的应用于海洋原位图谱监测，人体健康评估，以及食品安全检测领域。附图说明图1为低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统的一种结构示意图；图1中，成像镜头1、狭缝2、第一透镜3、第一光楔4、光栅5、第二光楔6、第二透镜7、相机8、线性高光谱模组9、旋转平台10、控制器11、信息处理模组12、三角固定架13、机械旋转模组14、云服务器15、反射镜16，显微物镜17。图2为低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统进行360度旋转扫描得到的一种全景高光谱图像。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步阐述。实施例1如图1所示，一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统主要包括线性高光谱模组、机械旋转模组、信息处理模组、云服务器；线性高光谱模组对场景的狭缝对应线性区域的反射光线进行衍射分光，光衍射图像由光谱模组相机中的感光芯片采集；机械旋转模组带动线性高光谱模组进行多角度自由选择旋转扫描成像。再结合图像畸变矫正算法处理扫描图像，就可以得到场景的高光谱图像。高光谱成像系统的前置镜头可以替换为普通成像物镜或显微物镜，对不同尺度下的待测物体实现高光谱成像。信息处理模组12将图谱数据实时共享至云服务器15即可高效可视化和分析数据。如图1所示，线性光谱高光谱模组9由成像镜头1、狭缝2、第一透镜3、第一光楔4、光栅5，第二光楔6、第二透镜7、相机8组成。待测物体的像经过成像镜头1成像在狭缝2位置处，狭缝线性区域所对应图像经过透镜3被准直成平行光，依次经过第一光楔4、光栅5、第二光楔6的分光模块，再由第二透镜7聚焦于相机8处。所述的一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统，其信息处理模组12包括存储单元、处理单元、发送单元；所述的信息处理模组将实时高光谱成像系统实时采集的图谱数据通过信息处理模组12发送至云服务器15进行数据可视化和分析。所述的一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统，其机械旋转模组14由旋转平台10，控制器11，三脚架固定架13构成。所述的机械旋转平台结构将带动线性高光谱模组9进行旋转扫描，线性高光谱模组9采集原始高光谱图像。所述的一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统，其高光谱成像算法不同于一般的推扫式高光谱成像。机械旋转模组旋转θ0角度，每次步进精度是Δθ，当前步进次数是n。机械模组带动光谱模组旋转会导致待测物体空间像大小产生缩放，待测物体在当前旋转角度的空间像大小相对于起始角度空间像的缩放因子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统，其特征在于，包括线性高光谱模组、机械旋转模组、信息处理模组、云服务器；/n所述的线性高光谱模组依次包括成像镜头、狭缝、第一透镜、第一光楔、光栅、第二光楔、第二透镜、相机；成像镜头将待测物体成像在狭缝位置处，待测物体的像在狭缝对应的线性区域中通过，狭缝后焦面处的第一透镜将反射光线准直成平行光线，光栅对反射光线进行衍射分光，第一光楔和第二光楔提供偏向角，将一级衍射光谱偏移至视场中心，由相机采集衍射图像；机械旋转模组带动线性高光谱模组进行张角范围内的旋转摆扫；/n高光谱成像系统对场景进行探测时，机械旋转模组每步进旋转一次，线性高光谱模组自动获取狭缝所对应线性区域每个点的光谱信息；机械旋转模组转动至张角范围的角度时，系统生成场景内的全景高光谱图像；/n所述的信息处理模组将高光谱成像系统实时采集的图谱数据发送至云服务器进行数据可视化和分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统，其特征在于，包括线性高光谱模组、机械旋转模组、信息处理模组、云服务器；
所述的线性高光谱模组依次包括成像镜头、狭缝、第一透镜、第一光楔、光栅、第二光楔、第二透镜、相机；成像镜头将待测物体成像在狭缝位置处，待测物体的像在狭缝对应的线性区域中通过，狭缝后焦面处的第一透镜将反射光线准直成平行光线，光栅对反射光线进行衍射分光，第一光楔和第二光楔提供偏向角，将一级衍射光谱偏移至视场中心，由相机采集衍射图像；机械旋转模组带动线性高光谱模组进行张角范围内的旋转摆扫；
高光谱成像系统对场景进行探测时，机械旋转模组每步进旋转一次，线性高光谱模组自动获取狭缝所对应线性区域每个点的光谱信息；机械旋转模组转动至张角范围的角度时，系统生成场景内的全景高光谱图像；
所述的信息处理模组将高光谱成像系统实时采集的图谱数据发送至云服务器进行数据可视化和分析。


2.根据权利要求1所述的一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统，其特征在于，所述的信息处理模组包括存储单元、处理单元、发送单元；处理单元用于重建场景无畸变的高光谱图像。


3.根据权利要求1所述的一种低成本旋转摆扫式的高光谱成像系统，其特征在于，所述的机械旋转模组包括电动旋转平台、控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：何赛灵，罗晶，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33