一种基于计算成像的多光谱相机制造技术

本发明专利技术涉及一种基于计算成像的多光谱相机，所述多光谱相机包括：依次设置的光源、结构光产生装置、透镜组、多光谱探测器、数据采集装置和数据处理装置，或者依次设置的所述透镜组、所述结构光产生装置、所述多光谱探测器、所述数据采集装置和所述数据处理装置。本发明专利技术利用计算成像算法，可以利用无空间分辨能力的非阵列探测器实现空间分辨，避免制作使用阵列式探测器，因此可以使用多个非阵列窄带单波长探测器进行光谱分辨，且可以大大降低成本。同时，通过设计非阵列窄带单波长探测器，实现单个器件多波长探测，可以避免使用额外分光器件和滤光器件，解决了成像速度、体积、光谱数量问题。光谱数量问题。光谱数量问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于计算成像的多光谱相机


[0001]本专利技术属于多光谱成像
，涉及一种基于计算成像的多光谱相机。

技术介绍

[0002]多光谱成像技术是20世纪70年代提出的一种成像技术，通过光谱分离元件将入射的全波段/宽波段光信号分成若干波段，可同时获取探测目标的光谱特征和空间图像信息，因此该成像技术在尖端科研探索(如月球表面测绘)，军事应用(如敌前侦察)，生物医学应用(如肿瘤检测)等方面应用前景广阔。
[0003]但是现有多光谱相机具有下列一个或多个缺点：1，造价昂贵；2，成像速度慢，各个光谱图像难以时空一致；3，体积庞大；4，光谱数量少。
[0004]多光谱成像分为主动式和被动式。主动式为利用相机上光源照明成像物体，利用阵列式探测器(如电荷耦合器件(CCD，Charge
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coupled Device)、互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor))获得物体空间信息，实现照相功能。被动式为利用太阳光等自然光(复合光，无光谱信息)照明成像物体，同样利用阵列式探测器获得物体空间信息。为了提高分辨率，阵列式探测器通常有百万像素以上，因此工艺复杂，造价昂贵。一般手机、相机使用的硅探测器由于生产规模大，技术较成熟，成本已大大降低，但为实现光谱分辨，制作窄带单波长探测器，使用其他材料为基底的阵列式探测器成本极其昂贵。若不使用窄带单波长探测器，为获得光谱信息，需将复合光分光或滤光成单色光，分光或滤光器件可以放在光源处，也可以放在阵列式探测器处。常用的分光器件为棱镜、光栅等，此器件可实现无极分光，因此光谱数量较多，但是体积较庞大，而且需要对除波长维(λ)和长度维(x)的另一维度(y)扫描，因此成像速度较慢；常用的滤光器件为轮转滤光片、线性渐变滤光片、声光可调谐滤光片等，滤光器件可用光谱数量较少，而且转换滤光波长需要大量时间(即λ波长维扫描)，因此成像速度慢，各个光谱图像难以时空一致。
[0005]因此，如何同时实现低成本、成像速度快、体积小、光谱数量多的多光谱照相机，成为了亟待解决的关键问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于计算成像的多光谱相机。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术实施例提供了一种基于计算成像的多光谱相机，所述多光谱相机包括：依次设置的光源、结构光产生装置、透镜组、多光谱探测器、数据采集装置和数据处理装置，或者依次设置的所述透镜组、所述结构光产生装置、所述多光谱探测器、所述数据采集装置和所述数据处理装置。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，当所述多光谱相机为主动式时：
[0009]所述光源，用于发出均匀光；
[0010]所述结构光产生装置，用于将所述均匀光转换成结构光；
[0011]所述透镜组，用于将所述结构光聚焦至被拍摄物体上；
[0012]所述多光谱探测器，用于将所述被拍摄物体反射的光转换成光电信号；
[0013]所述数据采集装置，用于采集所述多光谱探测器转换的所述光电信号；
[0014]所述数据处理装置，用于将所述数据采集装置采集到的光电信号还原成二维或三维图像。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，当所述多光谱相机为被动式时，自然光照射至被拍摄物体上，得到漫反射光：
[0016]所述透镜组，用于将所述漫反射光聚焦至所述结构光产生装置上；
[0017]所述结构光产生装置，用于将所述漫反射光转换成结构光；
[0018]所述多光谱探测器，用于将所述结构光转换成光电信号；
[0019]所述数据采集装置，用于采集所述多光谱探测器转换的所述光电信号；
[0020]所述数据处理装置，用于将所述数据采集装置采集到的光电信号还原成二维或三维图像。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述结构光产生装置包括空间光调制器、数字微镜阵列或者光源阵列。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述结构光包括哈达玛基底光、傅里叶基底光或者机光斑。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，所述多光谱探测器包括自滤光式多波长窄带探测器或者多波长窄带探测器阵列。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述自滤光式多波长窄带探测器包括从上至下依次层叠的n组探测器，n组探测器用于探测n种不同波长的光，每组探测器包括从上至下依次层叠的第一电极、感光层和第二电极。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，所述第一电极和所述第二电极均为透明电极。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述数据采集装置包括多通道数据采集装置。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术为基于计算成像的多光谱相机。利用计算成像算法，可以利用无空间分辨能力的非阵列探测器实现空间分辨，避免制作使用阵列式探测器，因此可以使用多个非阵列窄带单波长探测器进行光谱分辨，且可以大大降低由于现有技术采用多个窄带单波长阵列式探测器带来的成本。同时，通过设计非阵列窄带单波长探测器，实现单个器件多波长探测，可以避免使用额外分光器件和滤光器件，解决了成像速度、体积、光谱数量问题；亦或将不同非阵列窄带单波长探测器并列使用，同样可以实现功能。
[0029]通过以下参考附图的详细说明，本专利技术的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本专利技术的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
[0030]图1是本专利技术实施例提供的一种基于计算成像的主动式的多光谱相机的结构示意图；
[0031]图2是本专利技术实施例提供的一种基于计算成像的被动式的多光谱相机的结构示意图；
[0032]图3是本专利技术实施例提供的一种自滤光多光谱探测器的结构示意图；
[0033]图4是本专利技术实施例提供的一种硬件与软件处理过程示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0035]实施例一
[0036]本专利技术实施例提供一种基于计算成像的多光谱相机，该多光谱相机包括：依次设置的光源、结构光产生装置、透镜组、多光谱探测器、数据采集装置和数据处理装置，或者依次设置的透镜组、结构光产生装置、多光谱探测器、数据采集装置和数据处理装置。
[0037]在一个具体实施例中，请参见图1，本实施例提供一种基于计算成像的主动式的多光谱相机，当多光谱相机为主动式时：
[0038]光源，用于发出均匀光；
[0039]结构光产生装置，用于将均匀光转换成结构光；
[0040]透镜组，用于将结构光聚焦至被拍摄物体上；
[0041]多光谱探测器，用于将被拍摄物体反射的光转换成光电信号；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于计算成像的多光谱相机，其特征在于，所述多光谱相机包括：依次设置的光源、结构光产生装置、透镜组、多光谱探测器、数据采集装置和数据处理装置，或者依次设置的所述透镜组、所述结构光产生装置、所述多光谱探测器、所述数据采集装置和所述数据处理装置。2.根据权利要求1所述的基于计算成像的多光谱相机，其特征在于，当所述多光谱相机为主动式时：所述光源，用于发出均匀光；所述结构光产生装置，用于将所述均匀光转换成结构光；所述透镜组，用于将所述结构光聚焦至被拍摄物体上；所述多光谱探测器，用于将所述被拍摄物体反射的光转换成光电信号；所述数据采集装置，用于采集所述多光谱探测器转换的所述光电信号；所述数据处理装置，用于将所述数据采集装置采集到的光电信号还原成二维或三维图像。3.根据权利要求1所述的基于计算成像的多光谱相机，其特征在于，当所述多光谱相机为被动式时，自然光照射至被拍摄物体上，得到漫反射光：所述透镜组，用于将所述漫反射光聚焦至所述结构光产生装置上；所述结构光产生装置，用于将所述漫反射光转换成结构光；所述多光谱探测器，用于将所述结构光转换成光电信...

【专利技术属性】
技术研发人员：计钟，周王婷，陈雪利，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：