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雙光路切換成像光譜系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，包括：擺鏡掃描單元、光路切換單元、光譜分光單元、探測單元；所述擺鏡掃描單元承載包含待檢測地樣物品；所述擺鏡掃描單元中的地物樣品漫反射光進入所述光譜分光單元；所述光譜分光單元對所述漫反射光進行分光處理后匯聚到所述探測單元，所述探測單元進行光譜成像。本實施例的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，擺鏡掃描單元承載的地物樣品的漫反射光進入所述光譜分光單元，光譜分光單元對所述漫反射光進行處理后匯聚到所述探測單元，探測單元進行光譜成像。系統(tǒng)處于預(yù)覽模式時，雙光路切換單元使得系統(tǒng)僅具有成像功能。可以在光譜成像模式前快速的預(yù)覽成像地物區(qū)域，快速選擇感興趣地物進行光譜成像。
【專利說明】雙光路切換成像光譜系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種雙光路切換成像光譜系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段雙光路切換成像光譜系統(tǒng)的研究主要是基于應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域的推掃型雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，對這一技術(shù)方法的研究正廣泛展開，我們研制的高分辨地面成像光譜系統(tǒng)不僅在科學(xué)理論上具有重要創(chuàng)新，在工程化和應(yīng)用中也帶動了我國成像光譜技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展。
[0003]雙光路切換成像光譜系統(tǒng)解決了野外光譜測量過程中光譜輻射計難以和地面視場精確對應(yīng)的問題，使得對應(yīng)的地面視場范圍和光譜圖像像元大小相對應(yīng)，得到精確的光譜定標(biāo)。但是基于色散型的成像光譜儀一般都含有狹縫，一次成像只是針對一條掃描線的地物，等到完成一組掃描后才能辨別視場的范圍，嚴重的影響了野外實驗的進程，尤其是光照條件短暫的情況下。我們在中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所原有專利“一種地面成像光譜測量系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上提出了雙光路切換的概念，使用輔助光路快速瀏覽地物場景，選擇感興趣的區(qū)域，克服了光譜成像過程較慢，時間較長，不適用于選擇視場區(qū)域的缺點。發(fā)展了高分辨地面成像光譜系統(tǒng)的新應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例提供一種雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，能夠在光譜成像模式之前對成像視場進行快速瀏覽，切換到感興趣的區(qū)域，減少光譜成像的準(zhǔn)備時間。
[0005]本發(fā)明實施例采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，包括:擺鏡掃描單元、光路切換單元、光譜分光單元、探測單元；
[0007]所述擺鏡掃描單元承載待檢測地樣物品；
[0008]所述擺鏡掃描單元承載的地物樣品的漫反射光進入所述光譜分光單元；
[0009]所述光譜分光單元對所述漫反射光進行處分光理后匯聚到所述探測單元，所述探測單元進行光譜成像。
[0010]可選的，還包括:驅(qū)動控制單元、計算機單元；
[0011]所述光譜分光單元與所述探測單元相連，所述探測單元通過所述驅(qū)動控制單元與所述計算機單元連接。
[0012]可選的，所述的光路切換單元包括反射鏡、中繼透鏡和平移臺，所述擺鏡掃描單元包括擺鏡、成像鏡頭，所述光譜分光單元中設(shè)置有狹縫，所述光譜分光單元包括色散器件，所述探測單元包括面陣探測器；
[0013]所述反射鏡用于光路的切換，所述中繼透鏡用于和所述成像鏡頭一起將地物樣品成像到所述面陣探測器的光敏面上；
[0014]所述平移臺用于帶動所述反射鏡移動；[0015]所述反射鏡鍍膜的類型根據(jù)光譜分光單元的波長確定；
[0016]所述系統(tǒng)處于預(yù)覽模式時，所述擺鏡靜止，所述系統(tǒng)只具有成像功能；
[0017]所述系統(tǒng)處于光譜成像模式時，所述擺鏡擺掃，掃描線對應(yīng)的地物漫反射光通過所述狹縫進入色散器件，色散后成像在所述面陣探測器上。
[0018]可選的，所述驅(qū)動控制單元為具有面陣探測器圖像采集，光路切換單元平移臺移動和擺鏡掃描單元步進電機轉(zhuǎn)動的功能的電路板；
[0019]或者，所述驅(qū)動控制單元為分離的控制卡和采集卡。
[0020]可選的，所述擺鏡掃描單元包括地物樣品、擺鏡、步進電機、成像鏡頭；
[0021]所述地物樣品為探測對象，所述擺鏡為鍍膜的反射鏡，所述擺鏡來回擺掃，對不同位置的地物樣品進行探測；
[0022]所述步進電機與所述擺鏡機械相連，帶動所述擺鏡來回擺掃；
[0023]所述成像鏡頭用于收集地物樣品的漫反射信號并且成像到光譜分光單元的狹縫處，或者通過所述光路切換單元直接在面陣探測器光敏面上。
[0024]可選的，所述的光譜分光單元包括狹縫、準(zhǔn)直透鏡、色散器件、成像透鏡；
[0025]所述狹縫用于限制進入光譜分光單元的光通量，進而與色散器件、面陣探測器一起決定了整個系統(tǒng)的光譜分辨率，其中
[0026]所述準(zhǔn)直透鏡將進入狹縫的光信號準(zhǔn)直成平行光；
[0027]所述色散器件用于把入射光按照不同波長色散分開；
[0028]所述成像透鏡將色散后的光匯聚成像在面陣探測器的光敏面上，所述準(zhǔn)直透鏡與所述成像透鏡呈1:1的關(guān)系，位于所述色散器件兩側(cè)；
[0029]色散器件為具有色散功能的器件。
[0030]可選的，所述探測單元為面陣探測器，平行于狹縫的方向探測空間維信息，垂直狹縫的方向探測光譜維，所述面陣探測器為CCD或者sCMOS或者平板探測器。
[0031]可選的，所述驅(qū)動控制單元為FPGA電路板，用于控制所述面陣探測器的采集，所述擺鏡掃描單元中步進電機的轉(zhuǎn)動和所述光路切換單元中位移臺移動。
[0032]可選的，所述光譜分光單為光柵-棱鏡-光柵的分光方式，或者濾光片轉(zhuǎn)輪的分光方式，或者液晶可調(diào)濾光片的分光方式，或者聲光可調(diào)濾光片的分光方式。
[0033]本發(fā)明實施例的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，擺鏡掃描單元承載的地物樣品的漫反射光進入所述光譜分光單元，光譜分光單元對所述漫反射光進行處理后匯聚到所述探測單元，探測單元進行光譜成像。系統(tǒng)預(yù)覽模式可以在光譜成像模式前快速的預(yù)覽成像地物區(qū)域，快速選擇感興趣地物進行光譜成像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0035]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種雙光路切換成像光譜系統(tǒng)的連接示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明實施例提供的另一種雙光路切換成像光譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實施方式】
[0037]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0038]實施例1
[0039]本實施例提供一種雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，如圖1所示，包括:擺鏡掃描單元1、光路切換單元2、光譜分光單元3、探測單元4 ；
[0040]所述擺鏡掃描單元I承載待檢測地樣物品；
[0041]所述擺鏡掃描單元I承載的地物樣品的漫反射光進入所述光譜分光單元3 ；
[0042]所述光譜分光單元3對所述漫反射光進行處理后匯聚到所述探測單元4，所述探測單元4進行光譜成像。
[0043]可選的，如圖2所示所述雙光路切換成像光譜系統(tǒng)還包括:驅(qū)動控制單元5、計算機單元6 ；
[0044]所述光譜分光單元3與所述探測單元4相連，所述探測單元4通過所述驅(qū)動控制單元5與所述計算機單元6連接，所述計算機單元6獲取所述進行光譜成像得到的圖像數(shù)據(jù)，對所述圖像數(shù)據(jù)進行處理得到光譜數(shù)據(jù)。
[0045]可選的，如圖2所示，所述的光路切換單元2包括反射鏡11、中繼透鏡(反射鏡12、反射鏡13、反射鏡14)和平移臺20，所述擺鏡掃描單元I包括擺鏡8、成像鏡頭10，所述光譜分光單元3中設(shè)置有狹縫16，所述光譜分光單元3包括色散器件18，所述探測單元4包括面陣探測器(圖中未示出)；
[0046]所述反射鏡用于光路的切換，所述中繼透鏡用于和所述成像鏡頭10 —起將地物樣品成像到所述面陣探測器的光敏面上；
[0047]所述平移臺20用于帶動所述反射鏡移動；
[0048]所述反射鏡鍍膜的類型根據(jù)光譜分光單元3的波長確定；
[0049]所述系統(tǒng)處于預(yù)覽模式時，所述擺鏡8靜止，所述系統(tǒng)只具有成像功能；
[0050]所述系統(tǒng)處于光譜成像模式時，所述擺鏡8擺掃，掃描線對應(yīng)的地物漫反射光通過所述狹縫16進入色散器件18，色散后成像在所述面陣探測器上。
[0051]可選的，所述驅(qū)動控制單元5為具有面陣探測器圖像采集，光路切換單元2平移臺20移動和擺鏡-掃描單元步進電機轉(zhuǎn)動的功能的電路板；
[0052]或者，所述驅(qū)動控制單元5為控制卡和采集卡。
[0053]可選的，所述擺鏡-掃描單元包括地物樣品、擺鏡、步進電機、成像鏡頭；
[0054]所述地物樣品為探測對象，所述擺鏡8為鍍膜的反射鏡，所述擺鏡8來回擺掃，對不同位置的地物樣品進行探測；
[0055]所述步進電機7與所述擺鏡機械相連，帶動所述擺鏡8來回擺掃；
[0056]所述成像鏡頭10用于收集地物樣品的漫反射信號并且成像到光譜分光單元3的狹縫處，或者通過所述光路切換單元直接在面陣探測器光敏面上。
[0057]可選的，所述的光譜分光單元3包括狹縫16、準(zhǔn)直透鏡17、色散器件18、成像透鏡19 ；
[0058]所述狹縫16用于限制進入光譜分光單元3的光通量，進而與色散器件18、面陣探測器一起決定了整個系統(tǒng)的光譜分辨率，其中
[0059]所述準(zhǔn)直透鏡17將進入狹縫16的光信號準(zhǔn)直成平行光；
[0060]所述色散器件18用于把入射光按照不同波長色散分開；
[0061]所述成像透鏡19將色散后的光匯聚成像在面陣探測器的光敏面上，所述準(zhǔn)直透鏡17與所述成像透19鏡呈1:1的關(guān)系，位于所述色散器件18兩側(cè)；
[0062]色散器件18為具有色散功能的器件。
[0063]可選的，所述探測單元4為面陣探測器，平行于狹縫16的方向探測空間維信息，垂直狹縫16的方向探測光譜維，所述面陣探測器為CCD或者sCMOS或者平板探測器。
[0064]可選的，所述驅(qū)動控制單元為FPGA電路板，用于控制所述面陣探測器的采集，所述擺鏡掃描單元中步進電機的轉(zhuǎn)動和所述光路切換單元中位移臺移動。
[0065]可選的,所述光譜分光單為2光柵-棱鏡-光柵的分光方式,或者濾光片轉(zhuǎn)輪的分光方式、或者液晶可調(diào)濾光片的分光方式、或者聲光可調(diào)濾光片的分光方式。
[0066]本實施例的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，擺鏡掃描單元承載的地物樣品的漫反射光進入所述光譜分光單元，光譜分光單元對所述漫反射光進行處理后匯聚到所述探測單元，探測單元進行光譜成像。系統(tǒng)預(yù)覽模式可以在光譜成像模式前快速的預(yù)覽成像地物區(qū)域，快速選擇感興趣地物進行光譜成像。
[0067]實施例2
[0068]本實施例提供一種雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，如圖2所示，包括擺鏡掃描單元1、光路切換單元2、光譜分光單元3、探測單元4、驅(qū)動控制單元5、計算機單元6 ;擺鏡掃描單元I承載的地物樣品漫反射光通過擺鏡8反射和成像鏡頭10收集進入光譜分光單元3，光譜分光單元3與探測單元連接,探測單元4通過驅(qū)動控制單元5和計算機單元6相連。
[0069]擺鏡掃描單元I包括地物9，擺鏡8，步進電機7以及成像鏡頭10。其中，地物9為所需要觀察的感興趣區(qū)域；擺鏡8為鍍膜的反射鏡，通過機械連接與步進電機7相連，在一定角度范圍內(nèi)來回擺掃，將不同掃描線對應(yīng)的地物漫反射信息反射進入光譜分光單元3 ；其中，步進電機7帶動擺鏡8在一定角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0070]光路切換單兀2由一號反射鏡11，二號反射鏡12,三號反射鏡14,四號反射鏡15,中繼透鏡13，平移臺20組成，其中的一號反射鏡11，二號反射鏡12，三號反射鏡14，四號反射鏡15用于光路的切換,其中平移臺20為一維位移臺，帶動一號反射鏡11和四號反射鏡15發(fā)生位移，使得光路進入光路切換單元2或者直接進入光譜分光單元3。
[0071]光譜分光單元3包括狹縫16，準(zhǔn)直透鏡17，色散器件18，成像透鏡19，狹縫16用于限制進入光譜分光單元3的光通量，準(zhǔn)直透鏡17用于將進入狹縫16的光準(zhǔn)直成為平行光，色散器件18為光柵-棱鏡-光柵形式，用于將入射光按照不同的波長進行色散，成像透鏡19將色散后的光匯聚到探測單元4中面陣探測器光敏面上。
[0072]如圖2所示，當(dāng)系統(tǒng)處于預(yù)覽模式時，擺鏡掃描單元I中的地物9漫反射信號通過擺鏡8的反射，成像鏡頭10的收集，進入光路切換單元2，光路切換單元2中的一號反射鏡11將進入到光路切換單元2中的光反射到二號反射鏡12，經(jīng)過反射后到達中繼透鏡13，中繼透鏡13和成像鏡頭10使得光路滿足成像關(guān)系，經(jīng)過中繼透鏡13匯聚后，光路被三號反射鏡14反射，進而到達四號反射鏡15并被反射進入到探測單元4 ;當(dāng)系統(tǒng)處于光譜成像模式時，擺鏡掃描單元I中的地物9漫反射信號通過擺鏡8的反射，成像鏡頭10的收集，進入光譜分光單元3并聚焦在狹縫16處，此時光路切換單元2中的平移臺20移動將一號反射鏡
11和四號反射鏡15撤回進光路切換單元2，光譜分光單元3中的準(zhǔn)直透鏡17將狹縫處的光信號準(zhǔn)直成平行光入射到色散器件18，色散器件18將入射光按照不同的波長散開，色散后的光通過成像透鏡19匯聚到探測單元4的面陣探測器光敏面上，探測器光敏面平行于狹縫的方向稱為空間維，每一行的光敏面元是地物條帶一個光譜通道的像；探測器光敏面垂直于狹縫的方向是光譜維，光敏面每一列光敏面元上是地物條帶一個空間采樣視場(像元)光譜色散的像；由于光譜儀中狹縫的存在，每次成像只能對樣品一個條帶進行光譜成像，擺鏡掃描單元I中的擺鏡8在成像鏡頭10視角范圍內(nèi)掃描就能夠?qū)σ晥龇秶鷥?nèi)的地物樣品進行光譜成像；探測單元4中的面陣探測器探測得到的光譜信息通過驅(qū)動控制單元5交由計算機單元6處理得到每一像素點的光譜信息。
[0073]雙光路切換雙光路切換成像光譜系統(tǒng)系統(tǒng)擺鏡掃描單元I中步進電機7改為伺服電機等其他擺動方式可以實現(xiàn)同樣的光譜成像功能。
[0074]光路切換單元2中平移臺20改為其他移位方式或者使用角度切換方式來完成光路轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)同樣的光路切換功能。
[0075]光譜分光單元3改為其他色散方式或者濾光片轉(zhuǎn)輪、液晶可調(diào)濾光片、聲光可調(diào)濾光片等方式可以實現(xiàn)同樣光譜成像功能。
[0076]光譜分光單元3前端增加濾光片改用熒光光譜成像方式可以實現(xiàn)同樣的光譜成像功能。
[0077]本實施例的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，擺鏡掃描單元承載的地物樣品的漫反射光進入所述光譜分光單元，光譜分光單元對所述漫反射光進行處理后匯聚到所述探測單元，探測單元進行光譜成像。可以在光譜成像模式前快速的預(yù)覽成像地物區(qū)域，快速選擇感興趣地物進行光譜成像。
[0078]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，其特征在于，包括:擺鏡掃描單元、光路切換單元、光譜分光單元、探測單元； 所述擺鏡掃描單元承載待檢測地樣物品； 所述擺鏡掃描單元承載的地物樣品的漫反射光進入所述光譜分光單元； 所述光譜分光單元對所述漫反射光進行分光處理后匯聚到所述探測單元，所述探測單元進行光譜成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，其特征在于，還包括:驅(qū)動控制單元、計算機單元； 所述光譜分光單元與所述探測單元相連，所述探測單元通過所述驅(qū)動控制單元與所述計算機單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述的光路切換單元包括反射鏡、中繼透鏡和平移臺，所述擺鏡掃描單元包括擺鏡、成像鏡頭，所述光譜分光單元中設(shè)置有狹縫，所述光譜分光單元包括色散器件，所述探測單元包括面陣探測器； 所述反射鏡用于光路的切換，所述中繼透鏡用于和所述成像鏡頭一起將地物樣品成像到所述面陣探測器的光 敏面上； 所述平移臺用于帶動所述反射鏡移動； 所述反射鏡鍍膜的類型根據(jù)光譜分光單元的波長確定； 所述系統(tǒng)處于預(yù)覽模式時，所述擺鏡靜止，所述系統(tǒng)只具有成像功能，迅速對成像視場區(qū)域進行選擇； 所述系統(tǒng)處于光譜成像模式時，所述擺鏡擺掃，掃描線對應(yīng)的地物漫反射光通過所述狹縫進入色散器件，色散后成像在所述面陣探測器上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動控制單元為具有面陣探測器圖像采集，光路切換單元平移臺移動和擺鏡掃描單元步進電機轉(zhuǎn)動功能的電路板； 或者，所述驅(qū)動控制單元為分離的驅(qū)動卡和采集卡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述擺鏡掃描單元包括地物樣品、擺鏡、步進電機、成像鏡頭； 所述地物樣品為探測對象，所述擺鏡為鍍膜的反射鏡，所述擺鏡來回擺掃，對不同位置的地物樣品進行探測； 所述步進電機與所述擺鏡機械相連，帶動所述擺鏡來回擺掃； 所述成像鏡頭用于收集地物樣品的漫反射信號并且成像到光譜分光單元的狹縫處，或者通過所述光路切換單元直接在面陣探測器光敏面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述的光譜分光單元包括狹縫、準(zhǔn)直透鏡、色散器件、成像透鏡； 所述狹縫用于限制進入光譜分光單元的光通量，進而與色散器件、面陣探測器一起決定了整個系統(tǒng)的光譜分辨率，其中 所述準(zhǔn)直透鏡將進入狹縫的光信號準(zhǔn)直成平行光； 所述色散器件用于把入射光按照不同波長色散分開； 所述成像透鏡將色散后的光匯聚成像在面陣探測器的光敏面上，所述準(zhǔn)直透鏡與所述成像透鏡呈1:1的關(guān)系，位于所述色散器件兩側(cè)； 色散器件為具有色散功能的器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，其特征在于， 所述探測單元為面陣探測器，平行于狹縫的方向探測空間維信息，垂直狹縫的方向探測光譜維，所述面陣探測器為CCD或者sCMOS或者平板探測器。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動控制單元為FPGA電路板，用于控制所述面陣探測器的采集，所述擺鏡掃描單元中步進電機的轉(zhuǎn)動和所述光路切換單元中位移臺移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路切換成像光譜系統(tǒng)，其特征在于， 所述光譜分光單為光柵-棱鏡-光柵的分光方式，或者濾光片轉(zhuǎn)輪的分光方式，或者液晶可調(diào)濾光片的分光方式，或者聲光可調(diào)濾光片的分光方式。
【文檔編號】G01N21/01GK103913419SQ201410106421
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】張紅明, 吳太夏, 張立福, 付東杰, 黃長平, 楊杭, 張鵬 申請人:中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所