一种视频高光谱相机的制作方法

文档序号:10855430
一种视频高光谱相机的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种视频高光谱相机,包括望远物镜、分束器、掩膜、会聚目镜、分光棱镜、灰度相机、反光镜、彩色相机、导轨、电机模块和无线通信模块,上述元件均固定于固定底板上。其中,望远物镜、分束器、掩膜、会聚目镜、分光棱镜和灰度相机依次沿光轴排列,反光镜将分束器射出的一路光束反射进入彩色相机;望远物镜固定于导轨的滑块上,滑块的位置由电机模块调节;无线通信模块分别连接到灰度相机和彩色相机。本实用新型的相机具有体积小、重量轻、操作方便等优点,同时配备无线通信模块,可以搭载在无人机、车辆、轮船或人工手提,极大地拓展了光谱相机的适用范围。
【专利说明】
一种视频高光谱相机
技术领域
[0001]本发明涉及一种视频高光谱相机,属于成像设备技术领域。
【背景技术】
[0002]光谱是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按照波长大小依次排列的图案,全称为光学频谱。光谱中的一部分是人眼可见的,在这个波长范围内的电磁辐射被称为可见光。光波是由原子内部运动的电子产生的。各种物质的原子内部电子的运动情况不同,所以他们发射的光波也不同。目前观测到的原子发射的光谱线已达百万条,每种原子都有其独特的光谱,犹如人的指纹一样各不相同。因此,通过探测不同物质的发射和吸收光谱,可以揭示目标的本质物理属性,突破复杂环境、光照变化以及伪装材料的干扰,有效提升目标探测的准确性。
[0003]传统的光谱相机能够获取比彩色相机(RGB三个通道)更多的颜色信息,因此可广泛运用于军事、医疗、安全、科学观测等诸多领域。但是传统光谱仪大多牺牲时间信息或者空间信息来换取光谱信息,采用时序曝光或者空间扫描的策略,无法获得高光谱在时间维度上的变化,只能用于观测静态样本,并且由于采用特制的光学元件或定制精确扫描机械,往往体积大、操作复杂、价格昂贵。

【发明内容】

[0004]本实用新型要解决的技术问题是:基于棱镜掩膜式的高光谱采集理论,研制出一款视频高光谱相机,能够采集高空间分辨率的视频光谱信息。
[0005]本实用新型采用的技术方案是:
[0006]—种视频高光谱相机,包括望远物镜、分束器、掩膜、会聚目镜、分光棱镜、灰度相机、反光镜、彩色相机、导轨、电机模块和无线通信模块,上述元件均固定于固定底板上;其中,望远物镜、分束器、掩膜、会聚目镜、分光棱镜和灰度相机依次沿光轴排列,反光镜将分束器射出的一路光束反射进入彩色相机;所述望远物镜固定于导轨的滑块上,滑块的位置由电机模块调节;所述无线通信模块分别连接到灰度相机和彩色相机。
[0007 ]所述电机模块包括步进电机、电机驱动器和移动电源。
[0008]所述滑块的行程满足:望远物镜与掩膜的距离范围为150mm-176mm。
[0009]所述无线通信模块为WIFI。
[0010]本实用新型的相机能够采集高空间分辨率(2016*2016像素)的视频(18fps)光谱(范围400-700nm,分辨率5nm)信息,具有体积小、重量轻、操作方便等优点,同时配备无线通信模块,可以搭载在无人机、车辆、轮船或人工手提,极大地拓展了光谱相机的适用范围。
【附图说明】
[0011 ]图1是本实用新型高速高光谱网络相机的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]本实用新型主要包括:望远物镜1、分束器2、掩膜3、会聚目镜4、分光棱镜5、灰度相机6、反光镜7、彩色相机8、导轨9、固定底板1、电机模块11、无线通信模块12。其中,电机模块11包括步进电机、电机驱动器和移动电源。望远物镜固定在导轨9的滑块上,滑块的位置由电机模块11调节。场景对焦距离为Im至无穷远处,因此滑块的行程满足:望远物镜I与掩膜3的距离范围为150mm-176mm。上述元件均固定在固定底板10上。根据不同的拍摄要求,可以选择不同焦距的望远物镜I。
[0013]在实际拍摄过程中,外部场景或者物体发出的光线,首先通过望远物镜I进入相机内部,接着通过分束器2被分为灰度光路和彩色光路两个部分。进入灰度光路的光线,经过掩膜3下采样,通过会聚目镜4变成平行光,然后经过分光棱镜5色散,最后被灰度相机6采集,形成包含高光谱信息的灰度视频;进入彩色光路的光线,通过反光镜7反射,最后被彩色相机8采集,形成高空间分辨率的彩色视频。两路视频,通过无线通信模块12实时传输到上位机软件,上位机软件安装在PC端或者移动设备上,进行设备操作和数据处理。上位机端融合双路视频得到高空间分辨率(2016*2016像素)的视频(18f ps)光谱(范围400_700nm,分辨率5nm)信息。
[0014]在实际拍摄过程中,相机和上位机通过无线通信模块12实时通信,用户能够在上位机端,实时查看场景的RGB图像以获得直观视觉体验,控制电机旋转以实现相机对焦,调节相机的曝光时间、帧率、增益等参数以获取最佳的成像质量。
[0015]实施例:
[0016]本实施例的元件选型如下:
[0017]望远物镜I采用的是美国Thorlab公司AC508-150-A-ML凸透镜,焦距150mm,直径50.8mm。分束器2采用的是上海科铭仪器公司20BC17MB.1立体分束器,分光比8: 2,尺寸50.8*50.8*50.8mm。掩膜3的孔径尺寸为0.15*0.025mm,保证了足够大的通光量(保证高信噪比)和较小的光谱模糊(通光量与孔径尺寸成正比,光谱模糊程度与孔径尺寸成反比)。孔径间距离为0.9mm,保证了较小的光谱混叠和较大的空间采样率(孔径间距过小会引起光谱混叠,光谱采样率与孔径间距成反比)。会聚目镜4采用的是Thorlab公司AC508-100-A-ML的凸透镜,焦距100mm,直径50.8111111。分光棱镜5采用的是德国383(^61^丨打(3公司1]14050双阿米西棱镜,由三个三棱柱组成,第一个棱柱以高色散率的火石玻璃制造,第二个和第三个棱柱以低色散率的冕牌玻璃制造。光线进入第一个棱镜时先被折射,然后进入第二个和第三个棱镜,最后以几乎垂直于第三个棱镜表面的方向射出。使用双阿米西棱镜进行色散分光,能够在不改变光线方向的条件下色散光线,并同时减小成像畸变。灰度相机6米用的是加拿大Pointgrey 公司GS3-U3-41S4M-C,空间分辨率 2016*2016 像素,最高帧率 18fps,在400-700nm波长范围内具有较高的光谱响应,能够保证实时获取高分辨率的灰度视频。镜头采用的是日本Myutron公司HF5018V工业镜头,焦距50mm。采用此镜头,相机光谱分辨率最高可达到3nm,同时成像畸变小于0.01 % ο
[0018]反光镜7采用的是Thorlab公司PFSQ20-03-G01平面反射镜,尺寸50.8mm*50.8mm,支撑架是Thorlab公司KM200S。彩色相机8是加拿大Pointgrey公司GS3-U3-41S4C-C,空间分辨率2016*2016像素,最高帧率18fps,能够保证实时获取高分辨率的彩色视频。导轨9采用日本THK公司KR2602A-0110-0-00A0,行程21cm;固定底板 10是尺寸为760mm*180mm*25mm的硬铝材料。电机模块11包括电机、电机驱动器和移动电源,电机采用AMl7HDB410-0 IN伺服电机,电机驱动器采用SR2-P,配套24V直流电源,直流电源同时给无线模块12供电。无线模块12采用firefly-Rk3288高性能开源平台,拥有四个ARM Cortex_A17核心,最高频率可达1.8Ghz,采用集成二合一的WIFI模块(AP6335),支持2.4GHz/5GHz双频,支持802.1 la/b/g/n/ac协议。
[0019]灰度相机光路:掩膜3与分束器2后表面的距离是52mm,会聚目镜4与掩膜3的距离是100mm,分光棱镜5与会聚目镜4后表面的距离是10mm,灰度相机6镜头紧贴分光棱镜5后表面。
[0020]彩色相机光路:假设彩色相机与反光镜中心的距尚为X,反光镜中心与分束棱镜中心的距离为Y,分束棱镜中心与掩膜的距离为Z,彩色相机镜头最小对焦距离D。上述参数之间满足公式X+Y = Z+D。在此系统中,X=165mm,Y=104mm,Z = 77mm,D=192mm。其中,X和Y是依据系统体积最小的原则选取,D是镜头的固有参数,Z是根据以上三个值计算所得。
[0021]上述元件固定在硬铝材料的底板10上。在实际拍摄之前,可以根据不同的拍摄要求,选择不同焦距的望远物镜I。
【主权项】
1.一种视频高光谱相机,其特征在于,包括望远物镜、分束器、掩膜、会聚目镜、分光棱镜、灰度相机、反光镜、彩色相机、导轨、电机模块和无线通信模块,上述元件均固定于固定底板上;其中,望远物镜、分束器、掩膜、会聚目镜、分光棱镜和灰度相机依次沿光轴排列,反光镜将分束器射出的一路光束反射进入彩色相机;所述望远物镜固定于导轨的滑块上,滑块的位置由电机模块调节;所述无线通信模块分别连接到灰度相机和彩色相机。2.根据权利要求1所述的一种视频高光谱相机,其特征在于,所述电机模块包括步进电机、电机驱动器和移动电源O3.根据权利要求1所述的一种视频高光谱相机,其特征在于,所述滑块的行程满足:望远物镜与掩膜的距离范围为150mm-176mm。4.根据权利要求1、2或3所述的一种视频高光谱相机,其特征在于,所述无线通信模块为WIFI。
【文档编号】G03B41/00GK205539913SQ201620246785
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】曹汛, 陈林森, 董辰辰
【申请人】江苏南大五维电子科技有限公司
再多了解一些
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