点扫式成像的宽波段高光谱成像系统及其成像方法技术方案

一种点扫式成像的宽波段高光谱成像系统及其成像方法，该系统包括光源组件、光纤光谱仪组件、三维位移台和控制装置。光源组件包括光源、第一光纤和光源光纤会聚镜，光源通过第一光纤与光源光纤会聚镜连接；光纤光谱仪组件包括光纤光谱仪、第二光纤和光谱仪光纤会聚镜，光纤光谱仪通过第二光纤与光谱仪光纤会聚镜连接；三维位移台用于承载被测物体；光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜均固定于三维工作台，且光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜均聚焦于同一空间点；控制装置用于控制三维位移台的运动及接收光纤光谱仪发送的图像数据和光谱数据，获取被测物体的高光谱数据立方体。本发明专利技术制造成本低廉，光谱分辨率及空间分辨率好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
点扫式成像的宽波段高光谱成像系统及其成像方法


[0001]本专利技术涉及成像光谱


技术介绍

[0002]高光谱相机不仅能够获得物体的空间分布信息还能同步获得其光谱信息用于分析物质成分，在农业病虫害检测、林业树种识别、水环境检测等领域发挥着重要作用。目前主流的高光谱成像系统多为位移型和凝视型，位移型高光谱成像系统单次拍照获取空间维一条线的空间信息及其光谱信息，因此需要位移机构实现全局成像。凝视型高光谱成像系统单次拍照获取空间维信息及单个波段的光谱信息，因此需要不停的拍照及通过可调滤光片进行切换获取不同波段的空间维信息及光谱信息。无论位移型还是凝视型的高光谱成像系统均价格高昂，特别是近红外波段的高光谱成像仪其价格可达百万左右。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种制造成本低廉、光谱分辨率及空间分辨率好的宽波段高光谱成像系统及其成像方法。
[0004]本专利技术实施例提供了一种点扫式成像的宽波段高光谱成像系统，包括光源组件、光纤光谱仪组件、三维位移台和控制装置；光源组件包括光源、第一光纤和光源光纤会聚镜，光源通过第一光纤与光源光纤会聚镜连接；光纤光谱仪组件包括光纤光谱仪、第二光纤和光谱仪光纤会聚镜，光纤光谱仪通过第二光纤与光谱仪光纤会聚镜连接；三维位移台用于承载被测物体；光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜均固定于三维工作台，且光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜均聚焦于同一空间点；控制装置用于控制三维位移台的运动以及接收光纤光谱仪发送的图像数据和光谱数据，通过控制三维位移台的运动实现光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜对被测物体的逐点扫查，获取被测物体的高光谱数据立方体。
[0005]本专利技术实施例还提供了一种点扫式成像的宽波段高光谱成像系统的成像方法，包括以下步骤：a、将被测物体放到三维位移台上，被测物体具有被测区域，被测区域包括起始被测行和终止被测行；b、通过控制装置控制三维位移台运动，以使光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜的焦点位于被测物体的起始被测行的起始被测点；c、完成被测物体的起始被测行的起始被测点的光谱数据和图像数据的采集后，控制装置控制三维位移台带动光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜沿横向移动一预定的距离S1，以使光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜的焦点位于被测物体的起始被测行的下一个被测点；d、重复步骤c，直至控制装置完成整个起始被测行的光谱数据和图像数据的采集；e、控制装置控制三维位移台带动被测物体纵向移动一预定的距离S2，以使光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜的焦点位于被测物体的下一被测行的起始被测点；
f、完成被测物体的下一被测行的起始被测点的光谱数据和图像数据的采集后，控制装置控制三维位移台带动光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜沿横向移动一预定的距离S1，以使光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜的焦点位于被测物体的下一被测行的下一个被测点；g、重复步骤f，直至控制装置完成整个下一被测行的光谱数据和图像数据的采集；h、依此类推，直至控制装置完成对终止被测行的光谱信息和图像信息的采集；i、控制装置对被测物体的所有被测点的图像数据和光谱数据进行处理，获得整个被测物体的高光谱数据立方体。
[0006]本专利技术至少具有以下优点：根据本专利技术实施例的宽波段高光谱成像系统及其成像方法通过价格便宜的光纤光谱仪及三维位移台即可实现对被测物体的宽波段高光谱数据立方体采集，从而可以取代现有的位移型高光谱成像系统及凝视型高光谱成像系统，解决了因采用位移型高光谱成像系统及凝视型高光谱成像系统而导致的成本高昂的问题，本专利技术实施例的宽波段高光谱成像系统不仅价格低廉，而且光谱分辨率及空间分辨率均优于目前市面上的高光谱成像系统。
附图说明
[0007]图1示出了根据本专利技术一实施例的宽波段高光谱成像系统的示意图。
[0008]图2示出了根据本专利技术一实施例的光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜对被测物体的进行逐点扫查的原理示意图。
[0009]图3示出了根据本专利技术一实施例的宽波段高光谱数据立方体的示意图。
具体实施方式
[0010]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0011]图1示出了根据本专利技术一实施例的宽波段高光谱成像系统的示意图，请参考图1。根据本专利技术实施例的一种点扫式成像的宽波段高光谱成像系统，包括光源组件、光纤光谱仪组件、三维位移台3和控制装置4。
[0012]光源组件包括光源10、第一光纤11和光源光纤会聚镜12，光源10通过第一光纤11与光源光纤会聚镜12连接。
[0013]本实施例中，光源10为宽波段卤素灯光源；光源光纤会聚镜12的数量为两个。第一光纤11的数量为两根，该两根第一光纤11的输入端与光源10连接，该两根第一光纤11的输出端分别连接两个光源光纤会聚镜12。设置两个彼此相对的光源光纤会聚镜12是为了保证光源的均匀性，如果是设置一个光源光纤会聚镜12的话会由于光源角度的原因容易使得成像区域的光照不均。
[0014]光纤光谱仪组件包括光纤光谱仪、第二光纤21和光谱仪光纤会聚镜22，光纤光谱仪通过第二光纤21与光谱仪光纤会聚镜22连接。
[0015]本实施例中，光纤光谱仪为200
‑
2500nm光纤光谱仪，该200
‑
2500nm光纤光谱仪包
括200
‑
1000nm光纤光谱仪20a及900
‑
2500nm制冷型光纤光谱仪20b。光谱仪光纤会聚镜22的数量为一个。第二光纤21为一分二光纤，该一分二光纤具有输入端、第一输出端和第二输出端，一分二光纤的输入端与光谱仪光纤会聚镜22连接，一分二光纤的第一输出端和第二输出端分别连接200
‑
1000nm光纤光谱仪20a和900
‑
2500nm制冷型光纤光谱仪20b。可选地，上述的一分二光纤为一分二的Y形600μm光纤。
[0016]三维位移台3用于承载被测物体9。光源光纤会聚镜12和光谱仪光纤会聚镜22均固定于三维工作台3，且光源光纤会聚镜12和光谱仪光纤会聚镜22均聚焦于同一空间点。
[0017]本实施例中，三维位移台3包括滑动台31、载物台32、滑动台上下位移机构、滑动台横向位移机构以及载物台纵向位移机构。
[0018]载物台32用于承载被测物体9。光源光纤会聚镜12和光谱仪光纤会聚镜22均固定于滑动台31。光源光纤会聚镜12和光谱仪光纤会聚镜位于被测物体9的上方。载物台纵向位移机构用于带动载物台32纵向移动，滑动台上下位移机构用于带动滑动台31上下移动，滑动台横向位移机构用于带动滑动台31横向移动。
[0019]本实施例中，横向方向为x轴方向，纵向方向为y轴方向，上下方向为z轴方向。
[0020]在本实施例中，滑动台31可在三维位移台3的横梁33上横向移动，横梁33可沿着三维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种点扫式成像的宽波段高光谱成像系统，其特征在于，包括光源组件、光纤光谱仪组件、三维位移台和控制装置；所述光源组件包括光源、第一光纤和光源光纤会聚镜，所述光源通过所述第一光纤与所述光源光纤会聚镜连接；所述光纤光谱仪组件包括光纤光谱仪、第二光纤和光谱仪光纤会聚镜，所述光纤光谱仪通过所述第二光纤与光谱仪光纤会聚镜连接；所述三维位移台用于承载被测物体；所述光源光纤会聚镜和所述光谱仪光纤会聚镜均固定于所述三维工作台，且所述光源光纤会聚镜和所述光谱仪光纤会聚镜均聚焦于同一空间点；控制装置，用于控制所述三维位移台的运动以及接收所述光纤光谱仪发送的图像数据和光谱数据，通过控制三维位移台的运动实现光源光纤会聚镜和光谱仪光纤会聚镜对被测物体的逐点扫查，获取被测物体的高光谱数据立方体。2.如权利要求1所述的点扫式成像的宽波段高光谱成像系统，其特征在于，所述光谱仪光纤会聚镜的数量为一个，所述光源光纤会聚镜的数量为两个。3.如权利要求2所述的点扫式成像的宽波段高光谱成像系统，其特征在于，所述光源为宽波段卤素灯光源；所述第一光纤的数量为两根，两根第一光纤的输入端分别与所述光源连接，两根第一光纤的输出端分别连接两个光源光纤会聚镜。4.如权利要求1所述的点扫式成像的宽波段高光谱成像系统，其特征在于，所述光纤光谱仪为200
‑
2500nm光纤光谱仪。5.如权利要求4所述的点扫式成像的宽波段高光谱成像系统，其特征在于，所述200
‑
2500nm光纤光谱仪包括200
‑
1000nm光纤光谱仪及900
‑
2500nm制冷型光纤光谱仪；所述第二光纤为一分二光纤，所述一分二光纤具有输入端、第一输出端和第二输出端，一分二光纤的输入端与所述光谱仪光纤会聚镜连接，一分二光纤的第一输出端和第二输出端分别连接所述的200
‑
1000nm光纤光谱仪和所述的900
‑
2500nm制冷型光纤光谱仪。6.如权利要求1所述的点扫式成像的宽波段高光谱成像系统，其特征在于，所述三维位移台包括滑动台、载物台、滑动台上下位移机构、滑动台横向位移机构以及载物...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雪珺，黄晓春，蔡能斌，高飞，王长亮，潘明忠，
申请(专利权)人：上海市刑事科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：