一种高光谱成像系统的制作方法

本实用新型涉及高光谱成像技术领域，尤其是一种高光谱成像系统。

背景技术：
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高光谱成像技术是光谱学与图像技术交叉融合形成的技术，不仅可以根据图像信息进行形状大小和分布的研究，也可以根据光谱信息进行物质的鉴别分类。基于上述优点在遥感领域得到了广泛应用，后来也应用到医学和农业检测等领域。

目前，高光谱相机分光原理主要包括色散型、傅里叶干涉型、滤光片分光等几种，现有摆扫式色散型光谱成像仪内部采用棱镜和线阵传感器来成像，这种成像每次只能采集单点的光谱数据，要获得高光谱图像，需要沿两个方向摆动进行扫描，采集效率低，用时长。因此有必要对现有摆扫式色散型光谱成像仪进行改进，使其采集效率高、光谱分辨率高。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

技术实现要素：
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本实用新型提供了一种高光谱成像系统，它具有采集信息全、高光谱图像采集效率高、高光谱图像分辨率高等优点，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种高光谱成像系统，包括两旋转云台，所述两旋转云台上从左向右依次设有物镜、掩膜、准直透镜、折射棱镜和光谱反射器，所述光谱反射器的左上方设有与其配合的聚焦透镜，所述聚焦透镜的左方设有与其配合的线阵传感器，所述线阵传感器与模数转换器连接，所述模数转换器与存储器连接，所述存储器与上位机连接，所述掩膜中部设有入口狭缝，所述入口狭缝设置在物镜的焦点处，所述光谱反射器包括框形架，所述框形架上自上而下依次设有多个转轴，所述转轴上沿其长度方向紧邻固定设有多个反射镜，每个转轴上至少一个反射镜连接有驱动该转轴旋转的电磁驱动机构。

所述两旋转云台包括支座，所述支座上铰接有旋转台A，所述旋转台A上铰接有旋转台B，所述旋转台A和旋转台B的旋转轴线垂直。

所述旋转台B上设有导轨，所述导轨上设有滑座，所述滑座上可拆卸连接有物镜，所述导轨一端设有伺服电机，所述伺服电机连接有丝杠，所述丝杠上安装有滑座，所述伺服电机与上位机连接。

所述电磁驱动机构与转轴中部的反射镜连接。

所述电磁驱动机构包括底座，所述底座上设有电磁铁和支撑杆，所述支撑杆上铰接有与电磁铁配合的衔铁，所述衔铁一端通过弹簧与底座连接，另一端连接有驱动杆，所述驱动杆与反射镜铰接连接，所述电磁铁上设有线圈，所述线圈与上位机连接。

所述反射镜后端面的上端或下端与驱动杆铰接连接。

所述转轴两端通过轴承与框形架连接。

本实用新型采用上述方案，针对现有高光谱相机存在的技术问题，设计了一种高光谱成像系统，通过设计两旋转云台，可以实现多角度拍摄，特别适用于机载使用；通过设计伺服电机、丝杠，可以根据物镜的不同进行调节，使不同物镜的焦点都能落在入口狭缝处；通过设计光谱反射器，可以通过电磁驱动机构精确、快速的驱动不同行的反射镜旋转，进而实现选择不同的光谱信息，并对光谱信息进行去噪，最后得到高质量的高光谱图像。

附图说明：

图1为本实用新型高光谱成像系统的结构示意图；

图2为本实用新型图1中A部局部放大图；

图3为本实用新型掩膜结构示意图；

图4为本实用新型光谱反射器的结构示意图；

图中，1、两旋转云台，101、支座，102、旋转台A，103、旋转台B，104、导轨，105、滑座，106、伺服电机，107、丝杠，2、物镜，3、掩膜，4、入口狭缝，5、准直透镜，6、折射棱镜，7、光谱反射器，701、框形架，702、转轴，703、轴承，704、反射镜，8、聚焦透镜，9、线阵传感器，10、模数转换器，11、存储器，12、上位机，13、电磁驱动机构，1301、底座，1302、电磁铁，1303、支撑杆，1304、衔铁，1305、弹簧，1306、驱动杆，1307线圈。

具体实施方式：

为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“从左向右”、“左上方”、“左方”、“上”、“中部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4所示，一种高光谱成像系统，包括两旋转云台1，两旋转云台1上从左向右依次设有物镜2、掩膜3、准直透镜5、折射棱镜6和光谱反射器7，光谱反射器7的左上方设有与其配合的聚焦透镜8，聚焦透镜8的左方设有与其配合的线阵传感器9，线阵传感器9与模数转换器10连接，模数转换器10与存储器11连接，存储器11与上位机12连接，掩膜3中部设有入口狭缝4，入口狭缝4设置在物镜2的焦点处，光谱反射器7包括框形架701，框形架701上自上而下依次设有多个转轴702，转轴702上沿其长度方向紧邻固定设有多个反射镜704，每个转轴702上至少一个反射镜704连接有驱动该转轴702旋转的电磁驱动机构13。通过设计两旋转云台1，可以实现多角度拍摄，特别适用于机载使用；通过设计伺服电机106、丝杠107，可以根据物镜2的不同进行调节，使不同物镜2的焦点都能落在入口狭缝4处；通过设计光谱反射器7，可以通过电磁驱动机构13精确、快速的驱动不同行的反射镜704旋转，进而实现选择不同的光谱信息，并对光谱信息进行去噪，最后得到高质量的高光谱图像。

两旋转云台1包括支座101，支座101上铰接有旋转台A102，旋转台A102上铰接有旋转台B103，旋转台A102和旋转台B103的旋转轴线垂直。

旋转台B103上设有导轨104，导轨104上设有滑座105，滑座105上可拆卸连接有物镜2，导轨104一端设有伺服电机106，伺服电机106连接有丝杠107，丝杠107上安装有滑座105，伺服电机106与上位机12连接。根据采集场景旋转不同物镜2后可以快速调节物镜2至掩膜3的距离，确保焦点落在入口狭缝4处。

电磁驱动机构13与转轴702中部的反射镜704连接，通过驱动中部的反射镜704实现带动转轴702旋转，进而带动整个转轴702上的反射镜704旋转，即实现整行反射镜704旋转。

电磁驱动机构13包括底座1301，底座1301上设有电磁铁1302和支撑杆1303，支撑杆1303上铰接有与电磁铁1302配合的衔铁1304，衔铁1304一端通过弹簧1305与底座1301连接，另一端连接有驱动杆1306，驱动杆1306与反射镜704铰接连接，电磁铁1302上设有线圈1307，线圈1307与上位机12连接。充分利用电磁原理，实现准确、快速的调整反射镜的姿态，进而实现接收模式和关闭模式两种模式间的切换。

反射镜704后端面的上端或下端与驱动杆1306铰接连接。

转轴702两端通过轴承703与框形架701连接。

本实用新型的工作过程：

首先说明的是，光谱反射器7上每行反射镜代表空间上不同位置，纵向代表光谱上不同波长，这样光谱反射器7获得了一段横向空间内物料的所有光谱信息，每行反射镜都可以独立控制，具有接收状态和关闭状态两种状态，即可以实现两种反射光路，将聚焦透镜8和线阵传感器9放置在接收状态的光路上，当光谱反射器7上所有反射镜704都处于接收状态时，利用聚焦透镜8将光谱反射器7上所有反射光聚焦成一条线，线阵传感器9安装在聚焦透镜8的焦点处。物镜2选用美国Thorlabs公司产的凸透镜，焦距为120mm，直径46.8mm，入口狭缝4的宽度为30μm，准直透镜5选用美国Thorlabs公司产的凸透镜，折射棱镜6选用德国公司生产的U14050棱镜。

(1)按照光谱顺序从上至下，依次将光谱反射器7的一行反射镜通过与其对应的电磁驱动机构13驱动为接收状态，线阵传感器9同步采集反射光，线阵传感器采集9速度和反射镜704的切换速度同步，这样就可以获得物料所有光谱信息。这种模式和传统高光谱相机一样，相机获得了物料所有波段光谱信息且光谱分辨率较高，但光谱扫描时间较长。

(2)根据待识别物质的光谱曲线，选择其中有价值的波长范围，在该波长范围内依次切换光谱反射器7的一行反射镜为接收状态，线阵传感器9同步采集反射光，线阵传感器9采集速度和反射镜704的切换速度同步，这样就可以获得物料有价值波段的光谱信息。在该波段内光谱分辨率较高，由于减少了无价值波段的光谱采集时间，其光谱扫描速度较上一采集方式提高很多。

(3)根据待识别物质的光谱曲线，在有价值的波长范围内，将具有相同属性的波长合并，这样将整个有价值波长范围被划分为几个不同属性的波段，按波段划分分别将每个波段内所有的反射镜704同时为接收状态，线阵传感器9采集该波段内所有反射镜704的反射光，线阵传感器9采集速度和波段切换速度同步，这样就获得了物料对应在这几个波段的光谱信息。这种方式传输的是按物料光谱属性划分后的几个有价值波段光谱信息，光谱分辨率较低但满足物料识别要求，由于光谱采集数量从几百个波长降至几个波段，光谱扫描速度比之前方式提高近百倍，且线阵传感器9收集的光强也提高很多，线阵传感器9输出的信号幅值和信噪比得到提高。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。