专利名称：一种微多光谱窄带遥感成像系统及其图像采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微多光谱窄带遥感成像系统及其图像采集系统。
背景技术：
目前，由于市场上现有的多光谱探测仪器受到体积大，份量重和造价高的限制，这项技术在实际应用于远程遥感探测与监测中运行费用非常昂贵。另外，市场上现有的多光谱探测仪器都不能够在同一时刻给出对应于不同波长的多光谱图像。这使得多幅图像之间就不可能是像素与像素对准的。多光谱技术在仪器化时的这个先天不足使得后续的图像修正和实时运算变得非常耗时和复杂。所以，多光谱技术在用传统的分光，滤光方式仪器化时以及由此引起的计算对硬件的要求使得缩小系统整体体积，减少重量和造价是不可能的。 微型实时多光谱遥感系统彻底地解决了这一难题，使多光谱这项技术在遥感领域的每一项应用都成为可能。传统的多光谱图像获取过程，一般是由计算机软件程序控制滤光器自动调整通过光谱带中心波长获取单一波长的相关图像数据，对需要获取多个波长的图像数据时，需要不断地重复调整滤波器通过光谱带中心波长，直到对应于多个不同波长的图像全部生成。 在图像数据不断被获取的过程中，容易造成如下问题其一，在大多数情况下，滤波器都有相对于图像传感器的机械运动和振动，其二，在获取这几幅多光谱图像过程中，被捕捉的目标物体或部分物体也在运动，这样由于设备本身和被摄物体的移动，造成实际物体在获取的多光谱前后图像间存在错位和变形。在正式对遥感探测目标物体进行分析判读之前，需要投入大量的计算力量来进行空间校准，使得传统的多光谱成像技术操作繁琐，运用耗时， 不可能实现实时观察和观测。同时传统的多光谱成像技术采用光学滤光或分光元件进行分光，使得遥感传感器成本高体积大，制约遥感探测技术向更广泛的领域发展。目前航天平台搭载的图像传感器成像研制周期长，仪器大型化、造价昂贵，运行成本高，成像容易受到环境的影响，实际应用中要做到对目标实时观察和探测非常困难，例如，对应于不同波长的图像像素对不准所引起的图像修正问题。采用光谱仪扫描成像方式 扫描成像借助于遥感平台沿航向运动和仪器本身光学机械舷向扫描获取地面航向条带图像，由于对被测目标物体的扫描时间差异性以及机械结构本身运动和被测目标的差异性， 容易引起图像的错位和畸变，受外部环境的影响往往会出现“同物异谱”或“同谱异物”的现象，使遥感数据与遥感目标产生一定程度的失真，而且容易发生误判，很难实时客观的确定被测物体的真实特征。高光谱扫描仪探测系统成像将地物反射的电磁矢量波用标量的方式来探测，只探测强度信息，从而导致大量有用信息的丢失，影响获取图像的质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、一次曝光同时获得多幅不同波长的遥感目标物质的图像，不同图像的像素与像素自动对准的。为了解决上述技术问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种微多光谱窄带遥感成像系统的图像采集系统，包括微多光谱窄带微滤片和单色图像传感器，所述微多光谱窄带微滤片与单色图像传感器在同一个底衬上高度集成。其中，所述单色图像传感器设有光电转换敏感单元，所述微多光谱窄带微滤片通过微制作方式直接制作在光电转换敏感单元上，所述微制作方式为微光刻或真空镀膜。其中，所述微多光谱窄带微滤片包含两个或两个以上紧密排列的窄带滤光微元， 所述窄带滤光微元的尺寸为20-30微米。其中，所述窄带滤光微元之间的相对距离与微多光谱窄带微滤片之间的相对距离等同。为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是提供一种微多光谱窄带遥感成像系统，包括图像采集系统和图像处理系统；所述图像采集系统，包括微多光谱窄带微滤片和单色图像传感器，所述微多光谱窄带微滤片与单色图像传感器在同一个底衬上高度集成；所述图像处理系统连接在图像采集系统之后，并对图像采集系统采集到的多道窄带图像进行校正、分析和处理，消除与遥感目标物质图像无关的本底信号。其中，所述单色图像传感器设有光电转换敏感单元，所述微多光谱窄带微滤片通过微制作方式直接制作在光电转换敏感单元上，所述微制作方式为微光刻或真空镀膜。其中，所述微多光谱窄带微滤片包含两个或两个以上紧密排列的窄带滤光微元， 所述窄带滤光微元的尺寸为20-30微米。其中，所述窄带滤光微元之间的相对距离与微多光谱窄带微滤片之间的相对距离等同。其中，所述图像处理系统设有数据传输装置，所述数据传输装置为无线电发射器或USB连接端口。本发明的有益效果是，本发明可以根据不同的具体应用，更换对应不同遥感目标指纹物质波长的多光谱窄带微滤光片，实现对不同被测目标物质的遥感成像。本发明还可以通过多光谱窄带滤光片微元的组合，实现同时对多种目标指纹物质的遥感探测。本发明克服了传统多光谱遥感体积大、成本高、运行耗时的缺陷，从根本上消除运动造成的空间位置移动的影响。高灵敏度、准确实时的反映被测目标物质的客观真实特征。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。图1是本发明微多光谱窄带遥感成像系统的机构示意图；图2是本发明实施例中微多光谱窄带微滤片的结构示意图；图3是本发明实施例中微制作方式的示意图。其中，1 遥感目标物质；2 微多光谱窄带微滤片；21 窄带滤光微元；3 单色图像传感器；4 图像处理系统；5 计算机系统；6 玻璃底衬。
具体实施例方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明所说的微多光谱窄带微滤片由沿相互垂直两个方向上周期性排列的方格子组成，方格子的尺寸大小没有限制，其行和列数也没有限制。每一个方格子中按一定排列方式排列着一组一定个数的窄带滤光微元。所述窄带滤光微元只允许相应的一组窄带的光通过，其通过的窄带光的带宽没有限制。这组(假设数目是N)窄带滤光微元的几何形状和尺寸都是一样的。并且，这组窄带滤光微元的排列、几何形状和尺寸对于不同的方格子来说也都是一样的。这样做的结果是图像传感器曝光一次可同时获得N幅对应于不同波长的图像。所述微多光谱窄带滤光微元的几何形状和尺寸与所覆盖的单色图像传感器像素的几何形状和尺寸无缝隙对准，所述微多光谱窄带滤光微元的几何形状和尺寸为所覆盖的单色图像传感器像素几何形状和尺寸的整数倍。请一并参阅图1和图2，本发明微多光谱窄带遥感成像系统实施例包括图像采集系统和图像处理系统4，在可见光和近红外光波段范围内，遥感目标物质1与其它物质的光谱特异性主要反映在有限个(3-4个)分立波长处，在有限个分立的波段内测量目标物质的辐射中心波长的特异性光谱。所述图像采集系统采用微多光谱窄带微滤片2与单色图像传感器3紧贴在一起，在同一个底衬上高度集成，或用微制作方式(微光刻、多层镀膜)直接制作在一个具有成像能力的单色图像传感器3的光电转换敏感元件上，或通过微制作方式直接制作成捆或匝贴在具有空间分辨率的光电转换敏感元件上。所述微多光谱窄带微滤片 2只允许对应于遥感目标物质1特征吸收反射峰值波长的光透过，同一瞬间在单色图像传感器3CXD/C0MS上获得多幅单色遥感目标物质1的图像。所述微多光谱遥感成像系统还包含有与微多光谱窄带微滤片2对应的图像处理系统4。所述图像处理系统4可在同一瞬间获得多幅反映待测遥感目标物质1的多光谱窄带图像。计算机系统5对所生成的图像进行数据处理和分析，将多幅窄带单色图像融合为一幅高灵敏度、高分辨率的图像，在监视器上实时、准确的显示遥感目标物质1的真实图像。本发明采用微多光谱技术，可用于可见光和红外光光谱波段范围，微多光谱窄带微滤片2只允许由几种辐射中心波长对应于遥感目标物质1的吸收反射峰的波长光通过。 所述辐射中心波长为400nm-1300nm的可见光和近红外光的光谱范围内，图像采集系统收集被测目标物质吸收反射峰值波长的特征光谱。所述图像采集系统在可见光和近红外光波段范围内，根据有限个分立的波段测量目标靶物质与别的背景物质区别开来所需要的特征吸收反射峰值波长的光学特性，实现一次曝光同时获得对应目标物质特征反射吸收峰值的波长光的多幅遥感目标物质1的单色图像。微多光谱遥感成像系统在可见光400nm-700nm 和近红外700nm-1500nm的二个波段范围内，只反映地物对太阳辐射的反射，根据反射率的差异获得有关目标物质的成像。由太阳光源发射可见光和红外光，辐射到被测目标地物上， 目标地物对太阳辐射进行反射，不同目标物质在可见光和近红外光波段范围内都有其自身的对太阳光辐射的光谱吸收反射特性，装载在遥感平台上的成像传感器收集由目标物质辐射或反射来的目标物质特征光谱。如图3所述，本发明采用微多光谱窄带微滤片2直接与单色图像传感器3紧贴在一起，以微制作的方式直接制作在单色图像传感器3上的光电转换元件上，或通过微制作方式直接制作在一个玻璃底衬6上，然后，将其粘合在单色图像传感器3上。只允许遥感目标物质1特征反射吸收峰值的波长光透过，并在图像传感器CCD或COMS上成像，图像采集系统实现一次曝光同时获取对应特征反射吸收峰值的波长光的多幅单色传感图像，图像处理系统4连接在图像采集系统之后并对图像采集系统获取到的多道窄带图像进行校正、分析和处理，将多幅窄带单色图像合成为一幅高灵敏度、高分辨率的图像。图像处理系统4把处理后的结果输送到彩色图像显示器进行显示，可以实时、准确的显示目标物质的图像。图像处理系统4还可以实现遥感目标的识别和分类功能。所有的结果都实时地传到互联网上 7。地面上任何一台计算机都可以通过互联网共享这些结果。所述图像处理系统4将一次曝光同时获得的多幅窄带单色图像合成为一幅高灵敏度、高分辨率的图像，并把处理后的结果输送到图像显示器进行显示，无须对多幅单色图像做后续位置修正。在本实施例中，所述微多光谱窄带微滤片2包含两个或两个以上紧密排列的窄带滤光微元21，所述微多光谱窄带微滤片2包含NXN个紧密排列的窄带滤光微元21，根据反映目标指纹物质特性的要求，窄带滤光微元21的数目可以设置N = 2，N = 3，N = 4，N = 5...依次类推为多个。所述的窄带滤光微元21的尺寸约20-30微米甚至更小，但不得明显小于所对应的图像传感器的单个像素尺寸。所述微多光谱窄带滤光微元的几何形状和尺寸与所覆盖的单色图像传感器像素的几何形状和尺寸无缝隙对准，所述微多光谱窄带滤光微元21的几何形状和尺寸为所覆盖的单色图像传感器像素几何形状和尺寸的整数倍。所述微多光谱窄带滤光微元21与相邻微多光谱窄带滤光微元边沿重叠的尺寸宽度不超过一个微米。所述的窄带滤光微元21之间的相对距离与微多光谱窄带微滤片2之间的相对距离等同，大约一个微米甚至更小，所述的窄带滤光微元21覆盖到N个图像传感器的像素(即一个光电转换元素)。在本实施例中，所述图像处理系统4设有数据传输装置，所述数据传输装置为无线电发射器或USB连接端口，即可通过数据传输装置与微型计算机连接，该计算机具有无线网络功能。该系统的特征为由微多光谱系统获得的多光谱图像被紧邻的微型计算机处理，判断。所获结果通过无线互联网与地面上的计算机共享。所申请保护的另一种该系统的发明的构成为微多光谱系统与一个无线电发射与接收器连接。微多光谱系统获得的多光谱图像通过无线电发射与接收器传送给地面的无线电发射与接收器。该无线电发射与接收器与一个A/D转换器连接。该A/D转换器与一台计算机联接。该计算机处理接收到的图像， 判断，如果希望可通过互联网与地面上的其它计算机共享这些结果。本发明可以根据不同的具体应用，更换对应不同遥感目标指纹物质波长的多光谱窄带微滤光片，实现对不同被测目标物质的遥感成像。本发明还可以通过多光谱窄带滤光片微元的组合，实现同时对多种目标指纹物质的遥感探测。本发明克服了传统多光谱遥感体积大、成本高、运行耗时的缺陷，从根本上消除运动造成的空间位置移动的影响。高灵敏度、准确实时的反映被测目标物质的客观真实特征。所述微多光谱遥感成像系统可用于航天、航空和近地平台对地质矿藏、环境监测、植被覆盖、森林防火、精确农业、目标侦察、医学诊断中的探测识别。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种微多光谱窄带遥感成像系统的图像采集系统，其特征在于包括微多光谱窄带微滤片和单色图像传感器，所述微多光谱窄带微滤片与单色图像传感器在同一个底衬上高度集成。
2.根据权利要求1所述的图像采集系统，其特征在于所述单色图像传感器设有光电转换敏感单元，所述微多光谱窄带微滤片通过微制作方式直接制作在光电转换敏感单元上，所述微制作方式为微光刻或真空镀膜。
3.根据权利要求1所述的图像采集系统，其特征在于所述微多光谱窄带微滤片包含两个或两个以上紧密排列的窄带滤光微元，所述窄带滤光微元的尺寸为20-30微米。
4.根据权利要求3所述的图像采集系统，其特征在于所述窄带滤光微元之间的相对距离与微多光谱窄带微滤片之间的相对距离等同。
5.一种微多光谱窄带遥感成像系统，其特征在于包括图像采集系统和图像处理系统；所述图像采集系统，包括微多光谱窄带微滤片和单色图像传感器，所述微多光谱窄带微滤片与单色图像传感器在同一个底衬上高度集成；所述图像处理系统连接在图像采集系统之后，并对图像采集系统采集到的多道窄带图像进行校正、分析和处理，消除与遥感目标物质图像无关的本底信号。
6.根据权利要求5所述的微多光谱窄带遥感成像系统，其特征在于所述单色图像传感器设有光电转换敏感单元，所述微多光谱窄带微滤片通过微制作方式直接制作在光电转换敏感单元上，所述微制作方式为微光刻或真空镀膜。
7.根据权利要求5所述的微多光谱窄带遥感成像系统，其特征在于所述微多光谱窄带微滤片包含两个或两个以上紧密排列的窄带滤光微元，所述窄带滤光微元的尺寸为 20-30微米。
8.根据权利要求7所述的微多光谱窄带遥感成像系统，其特征在于所述窄带滤光微元之间的相对距离与微多光谱窄带微滤片之间的相对距离等同。
9.根据权利要求5所述的微多光谱窄带遥感成像系统，其特征在于所述图像处理系统还包括计算机算法，所述计算机算法将多幅窄带单色图像合成为一幅高灵敏度、高分辨率的图像，并把处理后的结果输送到图像显示器进行显示。
10.根据权利要求9所述的微多光谱窄带遥感成像系统，其特征在于所述图像处理系统设有数据传输装置，所述数据传输装置为无线电发射器或USB连接端口。
全文摘要
本发明公开了一种微多光谱窄带遥感成像系统，包括图像采集系统和图像处理系统；所述图像采集系统，包括微多光谱窄带微滤片和单色图像传感器，所述微多光谱窄带微滤片与单色图像传感器在同一个底衬上高度集成；所述图像处理系统连接在图像采集系统之后，并对图像采集系统采集到的多道窄带图像进行校正、分析和处理，消除与遥感目标物质图像无关的本底信号。本发明可以根据不同的具体应用，更换对应不同遥感目标指纹物质波长的多光谱窄带微滤光片，实现对不同被测目标物质的遥感成像。还可以通过多光谱窄带滤光片微元的组合，实现同时对多种目标指纹物质的遥感探测。本发明克服了传统多光谱遥感体积大、成本高、运行耗时的缺陷。
文档编号G01N21/31GK102445427SQ20111030682
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者任闽臻, 刘复汉, 孔令华, 张津生, 易定容, 王风涛, 马小莉 申请人:孔令华