一种实时的多光谱层析拍摄方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种实时的多光谱层析拍摄方法和装置，属于计算机视觉领域。本发明专利技术方法的具体步骤包括：首先脉冲激光器产生一定频率的脉冲激光，诱导待分析物层析面上的相关组分产生荧光；接着，在与激光器相同的触发信号下，利用棱镜掩膜式拍摄系统拍摄待分析物层析面上采样点的光谱数据；最后通过光谱重建算法重建出实时的多光谱层析数据。本发明专利技术装置包括激光光路和棱镜掩膜式拍摄系统。本发明专利技术在光谱层析的基础上能够实现实时的效果，从而能够同时满足光谱分辨率、空间分辨率和时间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种实时的多光谱层析拍摄方法和装置
本专利技术涉及多光谱成像
，特别是一种实时的多光谱层析拍摄的方法和装置。
技术介绍
医学诊断界的计算机断层扫描技术，利用X射线、运用雷登变换或求解代数方程，来重建所拍摄物质内部的断层结构，但是无法重建出断层的光谱信息。此外，计算机断层扫描技术具有很强的硬件要求，比如说要求有多个发射器以及多个探测器，而且现有的计算机断层扫描技术无法与光谱技术结合，无法拍摄出断层的多光谱信息。激光诱导荧光技术在近十年里作为一种探测火焰及荧光物质内部组分的技术开始成熟起来，但是激光诱导荧光技术获得的仅仅是荧光处的光强，或者额外使用光谱仪采集单点处的光谱信息，若想获得平面的多光谱信息，只能消耗时间分辨率，利用扫描式、掸扫式或者推扫式来获得平面的多光谱信息。但是由于荧光的时间短，因此现有的方法和装置无法将激光诱导荧光技术应用到实时的多光谱、高空间分辨率的照片采集。为了获取火焰内部的组分、浓度以及计算出火焰的温度信息，研究者们之前一直使用的是单点式的技术，比如TDLAS技术，但是这种方法得到的仅仅是单点处的多光谱信息，牺牲了空间分辨率，而且对激光线路规划的要求比较高；而扫描式、掸扫式或者推扫式的光谱技术则是牺牲了时间分辨率来获得空间分辨率，但是大多数火焰一直处于变换当中，若在数据采集过程中的时间消耗比较大，那么采集到的数据就不那么精确，时间上也达不到实时的要求。已有的光谱层析技术：扫描激光光学层析成像技术(SLOT)，其通过单点扫描、旋转拍摄技术，最后通过BP算法重建出层析光谱。但是此技术无法应用于无法旋转的对象，而且也无法应用于瞬息万变的物体，限制条件较多、达不到实时的效果。目前还没有可以应用于火焰等半透明物质的实时、多光谱、高空间分辨率的成像技术。
技术实现思路
针对以上现有光谱层析方法存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种实时的多光谱层析拍摄方法和装置，能够实时地捕捉和获取火焰或荧光物质断层处的多光谱信息。本专利技术的方法采用的技术方案为：一种实时的多光谱层析拍摄方法，其步骤包括：首先脉冲激光器产生一定频率的脉冲激光，诱导待分析物层析面上的相关组分产生荧光；接着，在与激光器同一触发信号下，利用棱镜掩膜式拍摄系统中的彩色相机通路和灰度相机通路分别拍摄待分析物层析面上的彩色图像以及采样点处的光谱数据，最后通过光谱重建算法重建出实时的多光谱层析数据。进一步地，所述灰度相机通路拍摄到光谱数据后，先与无光状态下拍摄的暗底电流数据作差，之后再除以灰度相机通路中光学元件以及镜头的响应，处理后的数据将用于重建的后续计算。进一步地，对所述处理后的数据先进行标定，同时对彩色相机通路和灰度相机通路进行对齐，最后使用光谱重建算法求解光谱数据。本专利技术的一种实时的多光谱层析拍摄装置，包括激光光路和棱镜掩膜式拍摄系统；其中，激光光路用于诱导待分析物层析面上的相关组分产生荧光，棱镜掩膜式拍摄系统用于拍摄待分析物层析面的光谱信息；所述激光光路包括脉冲激光器、扩束镜、准直镜和收束镜组，脉冲激光器发出的点光源通过扩束镜、准直镜和收束镜组后变成线光源；所述棱镜掩膜式拍摄系统包括灰度相机通路和彩色相机通路。本专利技术在光谱层析的基础上能够达到实时的效果，也能够同时满足光谱分辨率、空间分辨率和时间分辨率。与现有的技术相比，本专利技术显著优势在于：(1)本专利技术的方法和扫描式的探测器阵列相比，可以实时地、迅速地捕捉和获取火焰或荧光物质断层的多光谱信息。(2)本专利技术的方法和已有的火焰或荧光物质的光谱采集装置相比，能采集到二维平面的多光谱信息，而非单点处的光谱信息。(3)本专利技术的方法和普通的激光诱导荧光技术相比，在获取荧光光强信息的同时，也可以获取火焰或荧光物质断层处的多光谱信息。(4)本专利技术的方法和扫描激光光学层析成像技术相比，光谱分辨率更加精确，重建的速率更快，能够达到实时的效果；也可以应用于不方便旋转的火焰等物质。(5)本专利技术的装置容易搭建，而且可实现实时动态观测，以便对观测对象拍摄到的数据进行操作及处理。(6)本专利技术的装置加上反射镜装置后可以方便地切换不同的断层，对其进行实时光谱层析拍摄。(7)灰度相机通路可采用“目镜-物镜”双镜头模式，不仅可以减少一个镜头的光通量损耗，获得更加精确的数据，还可以节省装置所需费用。附图说明图1是本专利技术装置的结构示意图；图2是带反射镜装置的结构示意图；图3是激光光路的示意图；图4是“物镜-中继镜-目镜”三镜头式棱镜掩膜式拍摄系统；图5是“目镜-物镜”双镜头式棱镜掩膜式拍摄系统；图6是本专利技术方法的流程图。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细描述。结合图1，本专利技术一种实时的多光谱层析拍摄装置，主要包括激光光路和棱镜掩膜式拍摄系统。为了更方便地实现多层层析效果，如图2所示，在实际操作中，本装置可额外安装一列导轨。使用方法是将一面反射镜置于导轨上，移动反射镜底座使其在滑轨上滑动，激光就可以经过火焰或者荧光物质的多个断层，获得不同断层的光谱信息，实现对物质多层的层析。结合图3，其中激光光路包括脉冲激光器、扩束镜、准直镜、收束镜组。扩束器是将脉冲激光器的点激光扩束成线激光，准直镜则将激光由辐射状变成平行状射出，而收束镜组的作用则是将线激光的厚度变薄，将能量集中，也能更好地实现断层。本实施例的棱镜掩膜式拍摄系统包括灰度相机通路以及彩色相机通路，其中灰度相机通路采用了“物镜-中继镜-目镜”三镜头模式，如图4所示，通路由一个物镜(75mm)，一片掩膜，一个中继镜(35mm)，一片低通滤波片(500nm)，一片高通滤波片(350nm)，一片光栅，一个目镜(8mm)以及一个高灵敏SCMOS灰度相机组成，实现对荧光断层的光谱获取。彩色相机通路是由一片低通滤波片(500nm)、一个目镜(50mm)以及一个高灵敏彩色相机组成。或者，灰度相机通道可以采用“物镜-目镜”双镜头模式，如图5所示。在这种模式下，可以采用已知两峰值的波长的光谱进行标定，或者使用已知起始-截止波长的光谱进行标定。在整体系统搭建好后，应该调整光栅前后的位置，使相机上显示的两峰散射的距离或者起始-截止波长散射的距离与总光谱散射距离的比例在理论上保持一致。本实施例一种实时的多光谱层析拍摄方法，如图6所示，具体步骤如下：准备步骤：在拍摄之前，通过获取光学元器件的参数图或者通过实际测量，获得光学元器件对各频率光的透过率，作为各光学元件的响应。步骤一：打开脉冲激光器，设定频率为10HZ，使之通过扩束镜、准直镜、收束镜组，即由直径为8mm的光斑先扩束，接着准直，再收束成高度为30mm，厚度为1mm左右的线激光。步骤二：将灰度相机和彩色相机对准喷嘴(即待分析物三戊酮的出口)，调焦并再将两个相机的触发模式改为外部触发，其触发信号与激光器的触发为同一触发(即触发时间、频率都一样)，准备进行同步的拍摄。步骤三：将激光对准三戊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时的多光谱层析拍摄方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：首先脉冲激光器产生一定频率的脉冲激光，诱导待分析物层析面上的相关组分产生荧光；接着，在与激光器同一触发信号下，利用棱镜掩膜式拍摄系统中的彩色相机通路和灰度相机通路分别拍摄待分析物层析面上的彩色图像以及采样点处的光谱数据，最后通过光谱重建算法重建出实时的多光谱层析数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种实时的多光谱层析拍摄方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：首先脉冲激光器产生一定频率的脉冲激光，诱导待分析物层析面上的相关组分产生荧光；接着，在与激光器同一触发信号下，利用棱镜掩膜式拍摄系统中的彩色相机通路和灰度相机通路分别拍摄待分析物层析面上的彩色图像以及采样点处的光谱数据，最后通过光谱重建算法重建出实时的多光谱层析数据。


2.根据权利要求1所述的一种实时的多光谱层析拍摄方法，其特征在于，所述灰度相机通路拍摄到光谱数据后，先与无光状态下拍摄的暗底电流数据作差，之后再除以灰度相机通路中光学元件以及镜头的响应，处理后的数据将用于重建的后续计算。


3.根据权利要求2所述的一种实时的多光谱层析拍摄方法，其特征在于，对所述处理后的数据先进行标定，同时对彩色相机通路和灰度相机通路进行对齐，最后使用光谱重建算法求解光谱数据。


4.一种实时的多光谱层析拍摄装置，其特征在于，包括激光光路和棱镜掩膜式拍摄系统；其中，激光光路用于诱导待分析物层析面上的相关组分产生荧光，棱镜掩膜式拍摄系统用于拍摄待分析物层析面的光谱信息；所述激...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹汛，张焱，刘征宇，蔡李靖，陈小亮，超星，索津莉，戴琼海，
申请(专利权)人：南京大学，清华大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32