一種能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)鏡線性掃描的高光譜成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于旋翼無(wú)人機(jī)高光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)鏡線性掃描的高光譜成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]遙感技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了全色(黑白)、彩色攝像，多光譜掃描成像階段之后，在上世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)的成像光譜技術(shù)，使光學(xué)遙感進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段一高光譜遙感階段。所謂的高光譜遙感指的是具有高光譜分辨率的遙感科學(xué)和技術(shù)，成像光譜技術(shù)所使用的成像光譜儀能在電磁波譜的紫外、可見(jiàn)光、近紅外和短波紅外區(qū)域，獲取許多非常窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)。成像光譜儀為每一個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段的光譜信息，由此而組成一條完整而且連續(xù)的光譜曲線。成像光譜儀將視場(chǎng)范圍內(nèi)觀察的各種地物以完整的光譜曲線記錄下來(lái)，而對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和研究是多學(xué)科所要進(jìn)行的工作。
[0003]高光譜成像技術(shù)是一門新興的交叉學(xué)科，建立在傳感器、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，涉及到電磁波理論、光譜學(xué)與色度學(xué)、物理/幾何光學(xué)、電子工程、信息學(xué)、地理學(xué)、農(nóng)學(xué)、大氣科學(xué)、海洋學(xué)等多門學(xué)科。電磁波理論則是遙感技術(shù)的物理基礎(chǔ)，電磁波與地表物質(zhì)的相互作用機(jī)理、電磁波在不同介質(zhì)中的傳輸模型和對(duì)其進(jìn)行接收、分析是綜合各門學(xué)科和技術(shù)的核心所在。針對(duì)不同地物的不同光譜特征，利用高光譜圖像可有效地區(qū)分和識(shí)別地物，因而被廣泛地應(yīng)用于大氣探測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷、物質(zhì)分類和目標(biāo)識(shí)別、國(guó)土資源、生態(tài)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和城市遙感中。
[0004]被測(cè)物體通過(guò)鏡頭后被光譜相機(jī)捕獲，得到一個(gè)一維的影像以及相應(yīng)的光譜信息，而當(dāng)電控移動(dòng)平帶帶動(dòng)樣品連續(xù)運(yùn)行時(shí)，則能夠得到樣品目標(biāo)物的連續(xù)的一維影像以及實(shí)時(shí)的光譜信息，或者是當(dāng)掃描轉(zhuǎn)鏡在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，同樣也能夠得到目標(biāo)物的連續(xù)的一維影像。而在此過(guò)程中所有的數(shù)據(jù)會(huì)被計(jì)算機(jī)軟件所記錄，最終獲得一個(gè)包含了影像信息和光譜信息的三維數(shù)據(jù)立方體。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可針對(duì)目標(biāo)樣品的品質(zhì)信息進(jìn)行檢測(cè)。
[0005]成像系統(tǒng)是將成像光譜儀和面陣單色相機(jī)完整的結(jié)合在一起的系統(tǒng)。成像光譜儀每次成目標(biāo)上一條線的像，并對(duì)進(jìn)入光譜儀狹縫的入射光進(jìn)行分光，分光使每個(gè)光譜成分對(duì)應(yīng)探測(cè)器線陣上的一個(gè)像素點(diǎn)。因此，每一幅來(lái)自光譜相機(jī)的圖像結(jié)構(gòu)包括一個(gè)維度(空間軸)上的線陣像素和在另一個(gè)維度(光譜軸)上的光譜分布(光在光譜元素的強(qiáng)度)。這樣，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確校準(zhǔn)并固定在一起成像光譜儀和面陣單色相機(jī)、成像鏡頭以及平移機(jī)構(gòu)帶動(dòng)樣品的運(yùn)動(dòng)或者通過(guò)掃描轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)則可獲取目標(biāo)物的三維的高光譜數(shù)據(jù)。
[0006]成像光譜儀使用一個(gè)新的準(zhǔn)直(軸上)光學(xué)構(gòu)造和一個(gè)體全息透射光柵。此構(gòu)造能夠提供非常高的衍射效率和很好的線性光譜，而獨(dú)立的入射光偏振是由于軸上操作引起的幾何畸變和透射光學(xué)的應(yīng)用引起的。透射光柵是人造全息在兩塊玻璃粘板之間的DCG(DiChromated Gelat1n)上的。DCG有很高的衍射效率、較低的色散、較低的多級(jí)衍射和不產(chǎn)生鬼線。
[0007]成像過(guò)程為:每次成一條線上的像后(X方向)，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)掃描轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，排列的探測(cè)器掃出一條帶狀軌跡從而完成縱向掃描(Y方向)。綜合橫縱掃描信息就可以得到樣品的三維高光譜圖像數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)包含了:影像、輻射與光譜三方面的特征信息。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)中掃描轉(zhuǎn)鏡的設(shè)置方式有兩種:
一、成像系統(tǒng)將成像鏡頭、成像光譜儀和面陣單色相機(jī)完整的結(jié)合在一起，固定在系統(tǒng)內(nèi)，三者之間無(wú)任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在成像鏡頭前方設(shè)計(jì)一個(gè)掃描轉(zhuǎn)鏡，入射光束經(jīng)轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)后進(jìn)入鏡頭，再通過(guò)成像光譜儀的分光，最后將被測(cè)物體的像呈在探測(cè)器上。成像光譜儀每次成目標(biāo)上一條線的像，并分光使每個(gè)光譜成分對(duì)應(yīng)線陣上的一個(gè)像素點(diǎn)。因此，每一幅來(lái)自光譜相機(jī)的圖像結(jié)構(gòu)包括一個(gè)維度(空間軸)上的線陣像素和在另一個(gè)維度(光譜軸)上的光譜分布(光在光譜元素的強(qiáng)度)。而要將目標(biāo)對(duì)象所有的像都呈現(xiàn)在面陣探測(cè)器上，需要目標(biāo)物和成像系統(tǒng)之間有一個(gè)相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)安裝在成像鏡頭前方的掃描轉(zhuǎn)鏡來(lái)完成光譜的掃描。
[0009]二、因成像光譜儀每次成目標(biāo)上一條線的像，所以在鏡頭前面設(shè)計(jì)安裝了一個(gè)與鏡頭焦平面成45度的平面反射鏡，如圖4所示。成像光譜儀前端的入射狹縫與其放置在前端的反射掃描鏡鏡面是平行的，正對(duì)鏡面中心線。而掃描轉(zhuǎn)鏡也是一個(gè)平面反射鏡，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)件將其安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪上，轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪可以在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)下，掃描轉(zhuǎn)鏡就可以進(jìn)行360度的旋轉(zhuǎn)，這樣目標(biāo)物的信息經(jīng)過(guò)反射鏡之后進(jìn)入成像系統(tǒng)，被探測(cè)器采集并生成高光譜圖像。這種模式可以實(shí)現(xiàn)大范圍的掃描，不再受到鏡頭視場(chǎng)以及其他因素的影響而導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)范圍的圖像采集和掃描，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)非常緊湊諧調(diào)。在此轉(zhuǎn)鏡掃描模式下，利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)掃描轉(zhuǎn)鏡下端的齒輪，使轉(zhuǎn)鏡以其轉(zhuǎn)鏡鏡面的中心軸為軸心進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)。通過(guò)轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)，使不同目標(biāo)物的影像依次進(jìn)入由成像鏡頭一一成像光譜儀和探測(cè)器組成的成像系統(tǒng)，最后呈現(xiàn)出一幅完整的高光譜影像數(shù)據(jù)。平面鏡是一個(gè)不改變光束單心性能，并能完善成像的光學(xué)系統(tǒng)，所成的像與原大小相同并對(duì)稱與鏡面。
[0010]然而，利用轉(zhuǎn)鏡模式采集圖像時(shí)，掃描轉(zhuǎn)鏡以中小軸為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)鏡映射到不同距離的目標(biāo)物體所表現(xiàn)出來(lái)的線速度卻不一樣。在圖像采集的起始端和末端所對(duì)應(yīng)掃描轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其掃描線速度會(huì)比較大，而在圖像采集的中間部分時(shí)，其掃描的線速度則會(huì)相對(duì)小一些；也就是說(shuō)出現(xiàn)一個(gè)類似余弦函數(shù)關(guān)系的一個(gè)速度關(guān)系；在起始端和末端進(jìn)行采集掃描時(shí)，需要很高的掃描線速度與之匹配；而速度不一致會(huì)導(dǎo)致圖像發(fā)生畸變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)因掃描起始端和末端與中間段速度不一致而導(dǎo)致圖像發(fā)生畸變的問(wèn)題，而提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)鏡線性掃描的高光譜成像系統(tǒng)，在掃描的起始端、末端還是中間段，對(duì)拍攝的圖像都能夠保持一個(gè)恒定的速度進(jìn)行，避免了圖像發(fā)生畸變。
[0012]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)鏡線性掃描的高光譜成像系統(tǒng)，包括底板，所述底板上安裝有掃描轉(zhuǎn)鏡裝置，所述掃描轉(zhuǎn)鏡裝置包括固定安裝的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸上套設(shè)有能夠在轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鏡鏡片底座，所述轉(zhuǎn)鏡鏡片底座上安裝有轉(zhuǎn)鏡鏡片，所述轉(zhuǎn)鏡鏡片底座連接有推桿，所述推桿連接有直線電機(jī)。
[0013]所述底板上開(kāi)設(shè)有用于光線進(jìn)入轉(zhuǎn)鏡鏡片的開(kāi)口。
[0014]所述推桿經(jīng)轉(zhuǎn)接件與直線電機(jī)連接。
[0015]所述轉(zhuǎn)鏡鏡片底座上連接有限位片，所述限位片配設(shè)有限位開(kāi)關(guān)底座。
[0016]所述掃描轉(zhuǎn)鏡裝置還包括安裝在底板上的固定座，所述轉(zhuǎn)軸套設(shè)在固定座上。
[0017]所述限位開(kāi)關(guān)底座固定安裝在固定座上。
[0018]所述底板上還設(shè)有用于遠(yuǎn)程監(jiān)控圖像采集區(qū)域和質(zhì)量的輔助攝像頭。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明的能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)鏡線性掃描的高光譜成像系統(tǒng)，包括底板，所述底板上安裝有掃描轉(zhuǎn)鏡裝置，所述掃描轉(zhuǎn)鏡裝置包括固定安裝的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸上套設(shè)有能夠在轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鏡鏡片底座，所述轉(zhuǎn)鏡鏡片底座上安裝有轉(zhuǎn)鏡鏡片，所述轉(zhuǎn)鏡鏡片底座連接有推桿，所述推桿連接有直線電機(jī)。本發(fā)明通過(guò)直線電機(jī)的加速-減速-加速的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能夠彌補(bǔ)轉(zhuǎn)鏡掃描時(shí)，在圖像采集掃描的起始端和末端與中間段時(shí)掃描速度表面不均勻的問(wèn)題，使得在掃描的起始端、末端還是中間段，對(duì)拍攝的圖像都能夠保持一個(gè)恒定的速度進(jìn)行，避免了圖像發(fā)生畸變。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是現(xiàn)有的轉(zhuǎn)鏡掃描結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的掃描轉(zhuǎn)鏡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，并且是去除掉固定座時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖3的另一角度結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明的直線電機(jī)速度函數(shù)關(guān)系；
圖6是本發(fā)明的圖像掃描速度函數(shù)關(guān)系；
圖7是本發(fā)明的直線電機(jī)與圖像掃描速度的函數(shù)關(guān)系；
圖中標(biāo)記:01、掃描轉(zhuǎn)鏡，02、轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，03、平移機(jī)構(gòu)(平移導(dǎo)軌)，04、電動(dòng)調(diào)焦驅(qū)動(dòng)電機(jī)，05、手動(dòng)調(diào)焦，06、固定鏡頭支架，07、成像鏡頭，08、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，09、平面反射鏡，
1、底板，2、相機(jī)，3、成像光譜儀，4、成像鏡頭，5、固定座，6、直線電機(jī)，7、轉(zhuǎn)接件，8