一种海洋溢油监测用多光谱相机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种海洋溢油监测用多光谱相机，属于海洋溢油监测技术领域。
【背景技术】
[0002]在海洋溢油事故发生后能够快速响应，及时识别水面溢油，并绘制溢油的空间和厚度分布，对确定溢油回收计划、溢油漂浮轨迹建模、分散剂处理效果评估等具有非常重要的作用。随着航空光学遥感技术的进步，机载光学成像大大促进了溢油应急响应的效率，特别是多光谱相机，能够同时获得水面的多个谱段的图像信息，有效识别溢油区域并估算溢油厚度。合理选择工作谱段的多光谱相机还能够实现业务化海洋溢油监测。随着无人机技术的快速发展，小型无人机平台在溢油应急响应中表现出了非常优异的性能，能够快速布置，可适应各种恶劣环境、避免人员伤害。
[0003]现有的机载多光谱相机主要有切换滤光片的分时成像多光谱相机和多通道同时成像的相机阵列多光谱相机。分时成像多光谱相机由于每个谱段成像时间不一致，对机载平台稳定性要求非常高，并且需要精准的图像配准，后期图像处理难度很大，光谱切换部件体积较大，难以实现小型化和云台安装。基于相机阵列的多光谱相机，虽然能够实现相机多通道同时成像，但是多相机的同步控制难度较大，并且多相机阵列体积较大，难以用于微型无人机平台。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种海洋溢油监测用多光谱相机，该多光谱相机具有体积小、重量轻、快照成像的优点，特别适合于微小型无人机平台。
[0005]本实用新型的目的通过以下技术方案来具体实现:
[0006]—种海洋溢油监测用多光谱相机，包括可见-近红外镜头、可见-近红外面阵光电探测器、多光谱滤光膜、控制与信号处理电路，所述可见-近红外镜头的后侧设置所述多光谱滤光膜、所述多光谱滤光膜的后侧设置所述可见-近红外面阵光电探测器，所述可见-近红外面阵光电探测器与所述控制与信号处理器连接。
[0007]优选地，所述多光谱滤光膜镀在所述可见-近红外面阵光电探测器的表面。
[0008]所述多光谱滤光膜包括至少两种滤光膜单元，所述至少两种滤光膜单元具有不同的光谱透过率，并且均匀的间隔铺设并覆盖所述可见-近红外面阵光电探测器的表面。
[0009]所述至少两种滤光膜单元的光谱透过率在400-1000nm范围内。
[0010]进一步的，任意两种滤光膜单元的光谱透过谱段中心波长相差至少30nm。
[0011]所述多光谱滤光膜包括四种滤光膜单元，其对应的中心波长分别为450nm、550nm、600nm、71 Onm，半高宽均为I Onm，四种滤光膜单元均勾间隔分布，各占总像元数的I /4。
[0012]优选地，还包括相机接口，所述相机接口与所述控制与信号处理电路连接。
[0013]更进一步的，还包括机械壳体，所述可见-近红外镜头、可见-近红外面阵光电探测器、多光谱滤光膜、控制与信号处理电路、相机接口置于所述机械壳体内部。
[0014]所述控制与信号处理电路包括CCD或CMOS探测器的驱动控制电路、模数转换电路，及数字信号处理电路，相机接口电路根据要求可设计成LVDS接口或以太网接口。
[0015]所述的可见-近红外镜头，透过率在400-800nm范围内，并且具有消色差设计，镜头为定焦镜头，通过螺纹与相机外壳连接或通过法兰盘与相机机械外壳螺钉连接。
[0016]所述的可见-近红外面阵光电探测器，可选择硅基黑白面阵CCD或者CMOS探测器，探测波段在400-1000nm光谱范围内。
[0017]所述的机械壳体采用铝合金或镁合金材料，并进行轻量化设计。
[0018]本实用新型提供的一种海洋溢油监测用多光谱相机的成像处理方法步骤如下:
[0019]一种成像处理方法，使用所述海洋溢油监测用多光谱相机，一次曝光获取一幅包含至少两个光谱段信息的图像，通过插值方法获取每个谱段完整的图像。通过对每个谱段完整的图像组成的多光谱图像进行分析处理，得到一幅包含溢油信息和厚度分布的图像。
[0020]所述通过对每个谱段完整的图像组成的多光谱图像进行分析处理，得到一幅包含溢油信息和厚度分布的图像，具体包括:通过两步算法对图像中的每一个像素进行判定:①首先采用神经网络算法判断有油/无油，得到一幅二进制掩码图像;②采用基于比值的模糊算法将有油的像素再进一步归类为不同的油膜厚度，其中采用的比值包括不同通道有油的像素值与无油像素值的比值。
[0021]通过上述处理，能够获得一幅包含了溢油信息和油膜厚度的溢油分布图。
[0022]采用上述方案实现的海洋溢油监测用多光谱相机，具有体积小、重量轻、快照式成像的优点，特别适合于微小型无人机平台，可实现快速海面溢油监测，是卫星遥感监测和地面固定式溢油监测的有益补充，为我国环境监测与保护、溢油事故应急处理提供及时有效的图像/数据资料。
【附图说明】
[0023]下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0024]图1为海洋溢油监测用多光谱相机原理图；
[0025]图2为多光谱滤光膜示意图；
[0026]图3为多光谱滤光膜通带示意图。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，本实用新型实施例所述一种海洋溢油监测用多光谱相机，包括可见-近红外镜头1、可见-近红外面阵光电探测器3、多光谱滤光膜2、控制与信号处理电路4，所述可见-近红外镜头的后侧设置所述多光谱滤光膜、所述多光谱滤光膜的后侧设置所述可见-近红外面阵光电探测器，所述可见-近红外面阵光电探测器与所述控制与信号处理器连接。
[0028]图1为海洋溢油监测用多光谱相机原理图。由可见-近红外镜头I收集水面目标反射光并成像于可见-近红外面阵光电探测器3、多光谱滤光膜2直接镀在面阵光电探测器成像面上，对目标的成像光束进行滤光后成像于对应面阵光电探测器的像素单元，探测器控制与信号处理电路将探测器输出的各像素模拟电信号按顺序输出，并转换成数字信号进行插值处理，处理之后的信号通过数字接口如LVDS或以太网口输出。
[0029]探测器可选用SONY公司的ICX694全局快门黑白CCD图像传感器，具有2736*2192像素，像元尺寸4.54um。
[0030]控制与信号处理电路采用FPGA+DSP的核心架构，其中，FPGA可选用XC4VSX55，主要用于驱动C⑶或CMOS探测器输出模拟电信号及数字信号的接口，DSP可选用TMS320C6457，用于对电信号的模数转换控制及数字信号的插值处理。
[0031]优选地，所述多光谱滤光膜粘接在所述可见-近红外面阵光电探测器的表面。
[0032]所述多光谱滤光膜包括至少2种滤光膜单元，所述至少两种滤光膜单元具有不同的光谱透