本发明专利技术涉及一种基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像方法及光谱成像仪，以解决现有快照式光谱仪在多帧图像捕捉快速移动目标时采集数据不准确，而采用多台成像时存在体积、功耗较大的问题，以及单个探测器镀膜所采集的光谱数据分辨率低的问题。本发明专利技术提出了在多片CMOS探测器的窗口玻璃上与像元对应的位置镀膜，使获得的每帧图像的像元的灰度值进行累加，得到的累加和作为一个新像元的灰度值的新图像，通过一帧图像即可获取被测景物的光谱数据，并在保证帧频的同时，兼顾了谱段数据的完整性和分辨率的稳定性。整性和分辨率的稳定性。整性和分辨率的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像方法及光谱成像仪
[0001]本专利技术涉及一种利用多片CMOS探测器协同工作以获取光谱图像的实现方法，具体涉及一种基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像方法及光谱成像仪。
技术介绍
[0002]成像光谱仪是一种在获取目标景物二维图像的同时，仍可获取每个像元的光谱数据的仪器。目前成像光谱仪主要分为推扫式和快照式两种形式。推扫式成像光谱仪需要通过仪器与景物之间的相对运动来获取二维图像数据和光谱数据。快照式成像光谱仪则不需要这种相对运动，通过对目标景物的凝视观测，通过一帧或者多帧图像，获得目标景物的二维图像数据和光谱数据。
[0003]快照式成像光谱仪比较常见的实现方式有三种。一种是通过多光谱转轮与探测器的配合工作实现的成像光谱仪。这种成像光谱仪的每一帧图像就是一个谱段的数据。通过多帧图像就可以获得每个像元的光谱数据。这种成像光谱仪的缺点是需要多帧图像才能获得被测景物的光谱数据。对于相对运动速度较快的目标，无法正确的探测。
[0004]另外一种快照式成像光谱仪通过多台相机组成的相机阵列实现的成像光谱仪。这种快照式成像光谱仪在每个相机的镜头上进行镀膜。这样每台相机获得的图像就是一个谱段的数据。多台相机结合就可以获得相应的光谱数据。这种快照式成像光谱仪的缺点是仪器的规模较大，体积、功耗、重量存在劣势。由于不同位置的相机之间存在位置的差异，需要对获取的图像进行校正。
[0005]第三种快照式光谱成像仪是通过在一个探测器的窗口玻璃或者像元位置进行镀膜，使得一个或者几个像元对应一个谱段的能量。这样通过一帧图像就可以获得被测景物的光谱数据。这种快照式成像光谱仪的缺点是为了获取光谱数据，降低了二维图像的分辨率。
技术实现思路
[0006]为解决现有多光谱快照成像仪在捕捉相对运动速度较快的目标光源时，无法准确获得多帧图像数据的缺陷，而采用多台相机组合获取光谱数据的方式存在组合仪器的规模较大，体积、功耗、重量较大，以及利用一个探测器窗口镀膜在捕捉被测景物光谱数据时存在图像分辨率降低的问题，本专利技术提供了一种多片CMOS探测器的快照式光谱成像方法及光谱成像仪，通过一帧图像即可获取被测景物的光谱数据的同时，还在一定程度上保证了二维图像的分辨率。
[0007]本专利技术的具体技术方案如下：
[0008]一种基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1、将目标入射光源分成N+1束光后，分别被N+1片CMOS探测器同时接收,获得N+1帧原始图像；
[0010]所述N+1帧原始图像共包括(N+1)*M*M个谱段的数据，所述CMOS探测器的窗口玻璃上与像元对应的位置镀膜；所述镀膜方式是以M*M个像元为单元，M*M个像元分别对应M*M个谱段的光；N为正整数，M为正整数；
[0011]步骤2、将每帧图像中每个单元对应的M*M个像元的灰度值进行累加，再对N+1帧图像相同位置像元的灰度值进行累加，累加和作为一个新像元的灰度值，得到分辨率为原始图像分辨率1/(M*M)的新的光谱数据图像；
[0012]所述新的光谱数据图像的每个像元包括N+1帧原始图像对应的M*M个像元的共(N+1)*M*M个谱段的光谱数据。
[0013]进一步地，步骤1中，N+1片CMOS探测器同时曝光，将接收到的N+1帧图像同时输出。
[0014]本专利技术还提出一种基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像仪，用于实现上述基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像方法，其特殊之处在于：包括分束单元、探测单元及处理单元；
[0015]所述分束单元用于将目标景物的目标入射光分成N+1束光，N为正整数；
[0016]探测单元包括N+1片CMOS探测器,N+1片CMOS探测器分别设置在N+1束光的光路上，用于获得N+1帧图像，N+1片CMOS探测器的触发输入端均连接处理单元的触发信号输出端；N+1片CMOS探测器的输出端分别连接处理单元的输入端，由处理单元发出触发信号使得N+1片CMOS探测器接收到触发信号后同时曝光，然后将收集到的图像数据同时输出；
[0017]所述CMOS探测器的窗口玻璃上与像元对应的位置镀膜；所述镀膜方式是以M*M个像元为一个单元，M*M个像素分别对应M*M个谱段的光，M为正整数，该中镀膜方式是可重复的，可覆盖CMOS探测器的所有像元；在CMOS探测器可以获取到(N+1)*M*M个谱段的光谱数据图像；
[0018]处理单元用于为N+1片CMOS探测器提供触发信号，并接收N+1片CMOS探测器输出的N+1帧图像，将每帧图像中每个单元对应的M*M个像元的灰度值进行累加，再对N+1帧图像相同位置的像元灰度值进行累加，累加和作为一个新像元的灰度值，获得分辨率为原始分辨率1/(M*M)的新的光谱数据图像，所述新的光谱数据图像的每个像元包括N+1帧原始图像对应的M*M个像元的共(N+1)*M*M个谱段的光谱数据。
[0019]然后将N+1帧原始分辨率的图像和新图像顺序输出，上位机从N+1帧原始分辨率图像中得到光谱数据，所获得的每一组光谱数据的像元与降低分辨率的新图像中的像元是一一对应的，得到分辨率为原始分辨率且包含(N+1)*M*M个谱段的光谱数据图像。
[0020]进一步地，所述分束单元包括N个半透半反光学组件，优点在于可以使多片CMOS探测器同时获得相同视场的景物，从而获得近似相等光的能量。
[0021]进一步地，还包括存储单元，所述存储单元包括N+1个存储器，N+1个存储器分别与处理单元连接，用于将处理单元接收到的N+1帧图像数据一一对应缓存，并在处理单元处理数据时将N+1帧图像数据顺序读出，使N+1帧图像数据固定存储在相应的存储空间内，方便读写和处理。
[0022]进一步地，所述处理单元为FPGA。
[0023]进一步地，还包括与FPGA连接的上位机；所述上位机用于将FPGA处理后获得的图像数据进行存储和显示。
[0024]进一步地，所述处理单元包括FPGA和与FPGA通信连接的上位机；
[0025]所述FPGA的输入端分别连接N+1片CMOS探测器的输出端；FPGA的触发信号输出端分别连接N+1片CMOS探测器的触发输入端；所述FPGA分别与N+1个存储器连接；
[0026]所述FPGA用于为N+1片CMOS探测器提供触发信号，并接收N+1片CMOS探测器输出的N+1帧图像，将接收到的N+1帧图像数据一一对应缓存在N+1个存储器中，将接收完整的N+1帧图像，顺序从N+1个存储器中读出并发送给上位机；
[0027]所述上位机用于将FPGA发送的每帧图像中每个单元对应的M*M个像元的灰度值进行累加，再对N+1帧图像相同位置的像元灰度值进行累加，累加和作为一个新像元的灰度值，得到分辨率为原始图像分辨率1/(M*M)的新的光谱数据图像；所述新的光谱数据图像的每个像元包括N+1帧原始图像对应的M*M个像元的共(N+1)*M*M个谱段的光谱数据。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将目标入射光源分成N+1束光后，分别被N+1片CMOS探测器同时接收,获得N+1帧原始图像；所述N+1帧原始图像共包括(N+1)*M*M个谱段的数据，所述CMOS探测器的窗口玻璃上与像元对应的位置镀膜；所述镀膜方式是以M*M个像元为单元，M*M个像元分别对应M*M个谱段的光；N为正整数，M为正整数；步骤2、将每帧图像中每个单元对应的M*M个像元的灰度值进行累加，再对N+1帧图像相同位置像元的灰度值进行累加，累加和作为一个新像元的灰度值，得到分辨率为原始图像分辨率1/(M*M)的新的光谱数据图像；所述新的光谱数据图像的每个像元包括N+1帧原始图像对应的M*M个像元的共(N+1)*M*M个谱段的光谱数据。2.根据权利要求1所述基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像方法，其特征在于：步骤1中，N+1片CMOS探测器同时曝光，将接收到的N+1帧图像同时输出。3.一种基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像仪，用于实现权利要求1或2所述的基于多片CMOS探测器的快照式光谱成像方法，其特征在于：包括分束单元(1)、探测单元(2)及处理单元(4)；所述分束单元(1)用于将目标景物的目标入射光分成N+1束光，N为正整数；探测单元(2)包括N+1片CMOS探测器,N+1片CMOS探测器分别设置在N+1束光的光路上，用于获得N+1帧图像，N+1片CMOS探测器的触发输入端均连接处理单元(4)的触发信号输出端；N+1片CMOS探测器的输出端分别连接处理单元(4)的输入端；所述CMOS探测器的窗口玻璃上与像元对应的位置镀膜；所述镀膜方式是以M*M个像元为一个单元，M*M个像素分别对应M*M个谱段的光，M为正整数；处理单元(4)用于为N+1片CMOS探测器提供触发信号，并接收N+1片CMOS探测器输出的N+1帧图像，将每帧图像中每个单元对应的M*M个像元的灰度值进行累加，再对N+1帧图像相同位置的像元灰度值进行累加，累加和作为一个新像元的灰度值，获得分辨率为原始分辨率1/(M*M)的新的光谱数据图像，所述新的光谱数据图像的每个像元包括N+1帧原始图像对应的M*M个像元的共(N+1)*M*M个谱段的光谱数据。4.根据权利要求3所述基于多片CMOS探测器的快照...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔亮，刘学斌，石兴春，刘文龙，刘永征，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
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。