光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统设计的制作方法
【专利摘要】光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统，包括聚焦透镜组、阿达玛模板、柱面镜透镜组、单色仪及面阵光电检测器；设有驱动阿达玛模板的驱动机构；光电检测器为面阵灰度检测器；柱面镜透镜组为将来自聚焦透镜组的编码光信号准直聚焦并压缩成与面阵灰度检测器尺寸相匹配的光斑的透镜组。本发明所设计的光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统，将阿达玛变换技术与光谱直读设计整合，实现了快速获取光谱数据立方的能力。本发明的系统具有良好的系统扩展性与兼容性，可以与其他镜头、光学系统相连接。
【专利说明】
光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统设计
技术领域
[0001]本发明涉及光谱测量技术与光学成像技术领域，具体涉及一种光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统设计。
【背景技术】
[0002]阿达玛变换技术是一种类似傅立叶变换的调制技术，具有多通道检测和成像的能力。采用这种技术能够显著提高信噪比。虽然这种技术已开始应用于光谱分析和显微成像领域，但目前应用这种技术的仪器功能较为单一，光谱分析与成像能力的集成化很差。如专利ZL94107751.9公开了一种阿达玛变换低分辨成像系统，应用15 X 17的二维阿达玛模板，获得15X17像素的显微图像。专利01106536.2公开了一种高分辨阿达玛变换显微图像分析仪，应用511—维模板与512像素线阵CCD，获得了 511 X 512像素的高分辨图像，但不具备获取高分辨光谱的能力。专利申请200810047025.1公开了一种能够获得511 X512像素的高分辨图像，也能进行高分辨光谱扫描的系统，但是因为光谱扫描和阿达玛编码过程需要分别独立的进行机械运动，使得获取一个有高光谱分辨率的光谱数据立方需要消耗较多的时间，从而影响实际使用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是克服上述现有技术的不足，提供一种光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统，该系统无需反复机械往复运动即能快捷获取具有高光谱分辨率的光谱数据立方。
[0004]本发明提供的技术方案是:光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统，包括聚焦透镜组、阿达玛模板、柱面镜透镜组、单色仪及面阵灰度光电检测器。
[0005]上述聚焦透镜组是将入射光聚焦在阿达玛模板表面，从而对光信号进行编码。
[0006]上述柱面透镜组为将编码光信号准直聚焦并压缩成与面阵光电检测器尺寸相匹配的光斑的透镜组。
[0007]上述阿达玛模板为受电动机驱动螺杆传动机构驱动作直线运动的、具有一组明暗相间条纹的透射式一维循环编码模板，或者可显示为明暗相间条纹的液晶面板。
[0008]上述单色仪为光栅式单色仪，单色仪上不设有驱动光栅进行光谱扫描的驱动机构和出射狭缝，面阵灰度光电检测器安装在原出射狭缝的位置。
[0009]本发明将阿达玛变换技术与光谱直读技术整合，成功地实现了快速获取高光谱分辨率的光谱数据立方。
[0010]
【附图说明】
[0011 ]图1光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统结构图。
[0012]图2采集到的光谱数据立方示意图。
[0013]
【具体实施方式】
[0014]本发明涉及的光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统由聚焦透镜组、阿达玛模板、柱面镜透镜组、单色仪及面阵灰度光电检测器及相关控制的软硬件组成。
[0015]其成像步骤如图1所示。聚焦透镜组I将入射光信号透过光阑2准直、聚焦在阿达玛模板3上。经过阿达玛模板3调制的光4，被柱面镜组5在单色仪入射狭缝处聚焦成为适合入射狭缝尺寸的矩形光斑6。进入单色仪7后光栅分光，色散光束聚焦到面阵灰度光电检测器8的像敏单元表面。计算机工作站调控模板控制机构进行阿达玛编码，并接收面阵灰度光电检测器8的信号，通过程序转换最终获得相关数据9。
[0016]如图2所示。可以从光谱数据立方里以某一波长抽出对应图像信息，也可以某一像素或某一区域的若干像素，抽出对应光谱信息。
[0017]根据该设计，进入系统的光通过阿达玛模板逐一调制，全部被CCD记录后方生成图像。
[0018]根据该设计，阿达玛变换所使用的阿达玛模板为一维循环模板。按照编码规则使用透明、不透明对应I和O生成一组条码。可以使用蚀刻工艺加工镀有金属的玻璃片制作模板，阿达玛变换时，模板应沿编码方向做一维步进产生所需码元。步进的步长应与编码单元长度相同，步数应与码元数相等。也可以使用液晶面板作为模板，变换时不需移动模板，只需按照码元结构依次生成所需的编码条码。
[0019]根据该设计，面阵灰度光电检测器尺寸应与柱面镜聚焦光斑相匹配，光电检测器宽度尺寸应大于或等于聚焦光斑高度尺寸以保证自单色仪出射狭缝出射的光能够完全的被面阵灰度光电检测器所获取。检测器长度方向生成光谱信息，检测器长度尺寸与单色仪规格决定了系统获取光谱的范围，像元尺寸与单色仪规格决定了系统的光谱分辨率。
[0020]根据该设计，面阵灰度光电检测器的宽方向像素数即为生成图像的Y方向像素数，而阿达玛编码码元数计为生成图像的X方向像素数。根据试样的具体要求，本发明可以选择不同的图像分辨率，如128 X 128像素、256 X 256像素和512 X 512像素等。
[0021]根据该设计，生成的阿达玛图像用灰度级来衡量每一像素的光谱强度。
[0022]根据该设计，当采用不同线数的光栅，即可得到不同的光谱扫描范围及对应的光谱分辨率。
[0023]根据该设计，当采用不同长度的面阵检测器，即可得到不同的光谱获取范围。
[0024]根据该设计，当采用不同像元长度的面阵检测器，即可得到不同的光谱分辨率。
[0025]实施例1:阿达玛变换荧光光谱显微成像仪
阿达玛变换荧光光谱显微成像仪，将来自显微镜的荧光成像信号引入光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统，成像光透过光阑、聚焦于计算机控制的阿达玛模板表面编码，经过阿达玛模板调制的光，被柱面镜组在单色仪入射狭缝处聚焦成为适合入射狭缝尺寸的细长矩形光斑。该光斑即样品的清晰编码图像，且定位于单色仪的入射狭缝刀口正中央。进入单色仪后光栅分光，色散光束聚焦到面阵灰度光电检测器的像敏单元表面。计算机工作站调控阿达玛模板进行阿达玛编码，并接收面阵灰度光电检测器的信号，通过程序转换最终获得显微镜下检测到的荧光光谱数据立方。该数据立方的每一个像素均可提取对应的荧光光谱信息。通过光谱去混合方法，可以将荧光标记区域进行提取。
【主权项】
1.光谱直读型阿达玛变换光谱成像系统设计，包括聚焦透镜组、阿达玛模板、柱面镜透镜组、单色仪及面阵光电检测器，其特征是:设有驱动阿达玛模板的驱动机构;光电检测器为面阵灰度检测器;柱面镜透镜组为将来自入射光信号准直聚焦并压缩成与面阵检测器尺寸相匹配的光斑的透镜组。2.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征是:阿达玛模板为受驱动机构驱动轮替的、具有一组明暗相间条纹的透射式一维循环编码模板。3.根据权利要求2所述的模板，其体征是为受电动机驱动螺杆传动机构驱动作直线运动的、具有一组明暗相间条纹的透射式一维循环编码模板，或者是可显示为明暗相间条纹的液晶面板。4.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征是:光电检测器为灰度面阵光电检测器。5.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征是:单色仪上不设有驱动光栅进行光谱扫描的驱动机构和出射狭缝，面阵灰度光电检测器安装在原出射狭缝的位置。6.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征是:输出的数据为光谱数据立方，包含三个维度的数据信息，即长、宽、波长。7.可以从光谱数据立方中以某一波长抽出对应图像信息，也可以某一像素或某一区域的若干像素，抽出对应光谱信息。8.根据权利要求6所述的光谱数据立方，其长维度的像素数，由阿达玛编码解码的位数决定，其宽维度的像素数，由面阵检测器高度方向的像素数决定，其波长方向的单元数，由面阵检测器宽方向的像素数决定。
【文档编号】G01N21/01GK106092319SQ201610731258
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月26日
【发明人】徐昊
【申请人】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所