本发明专利技术的一种基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置及方法，其装置包括多光谱相机内设置有分光棱镜、多个图像传感器及多个调节机构，从光纤出射的激光被准直镜准直，接着准直平行激光垂直照射到透射光栅上，在透射光栅后面产生周期性的光栅像；不同光谱波段的光栅像将被分光棱镜分离，分别被对应的图像传感器接收，图像传感器一一对应连接的调节机构可对图像传感器进行位置和旋转角的调节。其方法借助已补偿色差的无透镜光栅自成像标靶，只需要使用平行相干光照射相机法兰面上固定的透射光栅，实现多图像传感器感光面和各自基准像面的精确匹配，确保不同光谱波段拍摄图像的空间一致性，参考标靶的校准过程简单方便，稳定性好。稳定性好。稳定性好。
【技术实现步骤摘要】
基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置及方法
[0001]本专利技术涉及棱镜分光多光谱相机成像
，具体涉及一种基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置及方法。
技术介绍
[0002]多光谱相机后端图像融合的质量好坏和其多个分离的图像传感器的安装精度密切相关，当相机中的多个传感器感光面和标准像面出现错位和偏转时，不同光谱波段图像的空间一致性下降，融合后的图像分辨率会降低。
[0003]棱镜分光多光谱相机采用多个粘合在一起的镀有不同波段的二色分光膜的分光棱镜将入射宽带光波分为多个通道，每个通道分别由一个黑白面阵图像传感器采集，实现多光谱同时成像，每个黑白面阵图像传感器前还可以按照要求加装不同透过波段的带通滤光片。多光谱相机增加了一个被测目标光学信息提取的维度，可提取常规可见光无法检测的信号，在食品检测、环境监测、半导体检测等领域都具有重要应用。
[0004]多光谱相机需要最大限度地保证不同光谱图像的空间一致性，才能获取到高分辨率高质量的多光谱信息。要做到这一点，高精度的多图像传感器安装校准是非常必要的。现有多图像传感器配准的方法通常需要引入辅助镜头和标靶[CN107024829B]，多图像传感器借助辅助镜头拍摄具有固定图案的标靶，根据不同传感器采集到图像的位置和清晰度差异来调整传感器的安装位置。
[0005]采用多图像传感器，配合镜头拍摄固定标靶的装调技术中，镜头本身的色差和畸变会不可避免地产生配准偏差；当换用其他成像镜头时，前期校准可能会失效。此外，由于镜头本身具有一定景深，因此镜头和靶标固定不动时，通过镜头拍摄图像的清晰度判别多个传感器的对焦位置的方法不够准确。
技术实现思路
[0006]本专利技术提出的一种基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准方法，可解决上述技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]基于多光谱相机，所述多光谱相机前侧入光口覆盖有透射光栅，其特征在于：
[0009]所述多光谱相机内设置有分光棱镜、多个图像传感器及多个调节机构，从光纤出射的激光被准直镜准直，接着准直平行激光垂直照射到透射光栅上，在透射光栅后面产生周期性的光栅像；不同光谱波段的光栅像将被分光棱镜分离，分别被对应的图像传感器接收，图像传感器一一对应连接的调节机构可对图像传感器进行位置和旋转角的调节。
[0010]进一步的，透射光栅和多光谱相机的相机法兰环的法兰面紧贴。
[0011]进一步的，分光棱镜上镀有二色分光膜。
[0012]进一步的，图像传感器上连接的调节机构根据感光面不同区域光栅像的条纹对比度大小，对图像传感器进行位置和旋转角的调节。
[0013]进一步的，所述分光棱镜为具有2～N个出光口的分光棱镜，N为大于2的自然数。
[0014]进一步的，所述调节机构为机械调节或电磁调节。
[0015]进一步的，所述准直镜为消色差准直透镜组、离轴反射准直镜中的一种。
[0016]另一方面，本专利技术还公开一种基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准方法，采用上述的基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置，安装校准方法包括以下步骤：
[0017]步骤S1、基于泰伯效应的校准标靶透射光栅；制备兼容不同光谱波段的透射光栅，透射光栅是分块的，每一块上刻有不同周期的子光栅，通过控制透射光栅上子光栅的光栅周期，并挑选泰伯像周期，使不同波段的光栅自成像的像距和相机法兰距匹配；
[0018]步骤S2、多图像传感器配准调节；以光栅自成像为对齐标识，通过分析图像传感器采集的各子光栅图像的对比度和清晰度，来指示图像传感器的安装偏差；结合图像传感器底座上连接的调节机构，实现多图像传感器之间的精确匹配。
[0019]进一步的，多图像传感器配准调节，具体为：
[0020]首先将自成像距离等于多光谱相机的法兰距的透射光栅标靶贴合在多光谱相机的法兰面上，调节透射光栅标靶的旋转角和中心点位置，保证透射光栅的光栅板中心过相机光轴，并且光栅板的X轴和相机X轴平行，固定光栅标靶；
[0021]完成透射光栅的光栅标靶的定位后，开始调节第1个光谱波段对应的传感器Sensor 1和基准像面的对齐；
[0022]在基准像面上建立坐标系，原点O
s
为像面中心，Z轴垂直于像面指向透射光栅，X轴和Y轴分别和透射光栅的光栅刻线垂直和平行；对图像传感器进行调整，具体调整步骤如下：
[0023]S21、打开准直激光λ1，垂直照射透射光栅标靶，衍射光经过分光棱镜后被图像传感器Sensor 1接收；只关注图像传感器Sensor 1拍摄到的子光栅G1(p,q),(p,q＝1,2,...,N)的泰伯像，计算每块G1子光栅的条纹对比度，利用图像传感器Sensor 1背面的调节机构，反复调节图像传感器Sensor 1绕其X轴和Y轴的旋转角θ(X1)和θ(Y1)，以及图像传感器Sensor 1的Z向偏移Z1，将各块子光栅的条纹对比度均调至最大；调整完毕后，Sensor 1的感光面和法兰面平行，且两面间距等于法兰距；
[0024]S22、对比拍摄整个NxN块光栅分区每一块中的子光栅G1(p,q)的清晰图像和理想子光栅图案位置和角度的偏差，并据此计算出Sensor 1感光面与基准像面的位置和角度偏差，调整Sensor 1背面的机械调节机构，调节X轴和Y轴方向上的偏差量X1和Y1，以及图像传感器Sensor 1绕Z轴的旋转角θ(Z1)，使所有子光栅G1(p,q)的清晰图像和光栅泰伯效应自成像的图案配齐；
[0025]经过上述2个步骤，图像传感器Sensor 1和基准像面对齐；依次针对第i＝2,3,...,n个光谱波段，对图像传感器Sensori进行上述2步调节，即可将n个图像传感器和基准像面对齐，即实现了多光谱相机的多图像传感器对齐配准。
[0026]由上述技术方案可知，本专利技术的基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准方法，借助已补偿色差的无透镜光栅自成像标靶，可实现多图像传感器感光面和各自基准像面的精确匹配，确保不同光谱波段拍摄图像的空间一致性。
[0027]本专利技术使用基于泰伯效应的光栅自成像标靶，无畸变和色差的影响。通过设计分
块光栅的周期，一块光栅标靶即可匹配不同波段的传感器，对高精度光栅刻线的图像对比度进行分析，可保证多个传感器安装校准时的精确匹配。同时，光栅只需要和相机法兰面贴合即可进行传感器校准，没有机械运动，操作简洁可靠。
[0028]本专利技术对比传统的使用镜头拍摄固定标靶的多图像传感器安装配准方法，本专利技术基于泰伯效应这种无透镜成像技术，通过定制光栅周期实现无色差的图像传感器装调参考，适配的光谱波段广；且光刻制备高精度光栅的技术成熟，对比难设计、价格昂贵的低色差宽波段校准镜头，本专利技术的参考标靶易于批量生产；本专利技术只需要使用平行相干光照射相机法兰面上固定的透射光栅，然后即可通过采图成像判断各个传感器的安装偏差，参考标靶的校准过程简单方便，稳定性好。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置，基于多光谱相机，所述多光谱相机前侧入光口覆盖有透射光栅，其特征在于：所述多光谱相机内设置有分光棱镜、多个图像传感器及多个调节机构，从光纤出射的激光被准直镜准直，接着准直平行激光垂直照射到透射光栅上，在透射光栅后面产生周期性的光栅像；不同光谱波段的光栅像将被分光棱镜分离，分别被对应的图像传感器接收，图像传感器一一对应连接的调节机构可对图像传感器进行位置和旋转角的调节。2.根据权利要求1所述的基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置，其特征在于，透射光栅和多光谱相机的相机法兰环的法兰面紧贴。3.根据权利要求1所述的基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置，其特征在于，分光棱镜上镀有二色分光膜。4.根据权利要求1所述的基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置，其特征在于，图像传感器上连接的调节机构根据感光面不同区域光栅像的条纹对比度大小，对图像传感器进行位置和旋转角的调节。5.根据权利要求1所述的基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置，其特征在于，所述分光棱镜为具有2～N个出光口的分光棱镜，N为大于2的自然数。6.根据权利要求1所述的基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置，其特征在于，所述调节机构为机械调节或电磁调节。7.根据权利要求1所述的基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置，其特征在于，所述准直镜为消色差准直透镜组、离轴反射准直镜中的一种。8.一种基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准方法，采用权利要求1
‑
7任意一项所述的基于泰伯效应的棱镜分光多光谱相机匹配校准装置，其特征在于，安装校准方法包括以下步骤：步骤S1、基于泰伯效应的校准标靶透射光栅；制备兼容不同光谱波段的透射光栅，透射光栅是分块的，每一块上刻有不同周期的子光栅，通过控制透射光栅上子光栅的光栅周期，并挑选泰伯像周期，使不同波段的光栅自成像的像距和相机法兰距匹配；步骤S2、多图像传感器配准调节；以光栅自成像为对齐标识，通过分析图像传感器采集的各子光栅图像的对比度和清晰度，来指示图像传感器的安装偏差；结合图...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐俊峰，董宁，张光宇，杨晨飞，曹桂平，
申请(专利权)人：合肥埃科光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。