车载高光谱全景成像探测仪的制作方法

本实用新型涉及探测设备技术领域，具体涉及一种车载高光谱全景成像探测仪。

背景技术：

随着时代的发展和社会的进步，车载技术越来越多的应用到人们的生活中，具备多种功能的车载系统使用广泛。车载探测系统可以实现对公路两侧未知环境的探测。由于在没有先验环境信息的场景中实现对未知环境的探测是一项比较复杂的工作，并且存在一定的危险性，因此，人们一直在追寻一种能够实现在复杂环境下对目标物快速、准备识别的探测设备。

目前，一般的探测设备均为被动式，即目标物是运动着的，而探测设备是不动的，这种被动式探测设备无法实现车载探测。而其他的探测设备均由功能单一的单个仪器组成，需要携带多个不同的探测仪器，例如：红外探测仪、紫外探测仪和可见光探测仪等，使用和测量不便，并且在草原、高山荒原等野外植被环境中，无法实现对环境中隐藏目标物的有效探测。另外，现有的探测相机不具备多谱段成像，光谱分辨率低于15nm。

技术实现要素：

本实用新型提供一种车载高光谱全景成像探测仪，以解决现有车载探测系统存在的上述诸多问题。

本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型的车载高光谱全景成像探测仪，包括：固定在车顶的云台、固定在云台上的高光谱相机、固定在车内的机架、固定在机架上的图像处理器、置于车内的显控终端，所述高光谱相机与图像处理器通过线缆相连，所述图像传感器与显控终端通过线缆连接。

进一步的，所述高光谱相机包括：固定在云台上的安装座，固定在安装座上的镜筒，均安装在镜筒中的前置光学系统、分光系统、成像电子学系统；所述成像电子学系统与图像处理器电连接。

进一步的，所述前置光学系统包括：孔径光阑和望远镜。

进一步的，所述分光系统包括：入射狭缝、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、折叠贝林-布洛卡棱镜、第五透镜、第六透镜、折转镜、滤光片、ccd探测器；ccd探测器安装在成像电子学系统上；目标发出的光束依次经过孔径光阑、望远镜后由入射狭缝入射至分光系统，经由第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜透射后入射至贝林-布洛卡棱镜，经贝林-布洛卡棱镜色散作用后将一束光分成紫外、红外、可见波段光，再经由第五透镜、第六透镜入射至折转镜中，经折转镜折转光线作用后入射至滤光片，通过滤光片的滤光后成像在ccd探测器上，成像电子学系统采集在ccd探测器上形成的二维光谱图像并进行处理。

进一步的，所述望远镜采用离轴三反镜。

进一步的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均采用k9玻璃。

进一步的，所述第一透镜前表面的曲率半径为2.43mm，后表面的曲率半径为2.08mm；第二透镜前表面的曲率半径为51.2mm，后表面的曲率半径为63.5mm；所述第三透镜前表面的曲率半径为-196.12mm，后表面的曲率半径为161.2mm；第四透镜前表面的曲率半径为168.18mm，后表面的曲率半径为-237.56mm；第五透镜前表面的曲率半径为19.01mm，后表面的曲率半径为15.74mm；第六透镜前表面的曲率半径为14.95mm，后表面的曲率半径为-905.57mm。

进一步的，所述折转镜表面镀全波段全反射膜。

进一步的，所述滤光片对紫外波段的光谱高透射，对可见和红外波段的光谱低透射。

进一步的，所述显控终端采用上位机。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的车载高光谱全景成像探测仪主要用于对植被覆盖的自然环境公路两侧区域进行侦察与警戒，探测覆盖伪装器材的人和设备，实现车辆在运动条件下和静止条件下对伪装目标的发现预警。

本实用新型的车载高光谱全景成像探测仪具有高光谱成像，高速图像数据采集、传输，硬件化的实时流水快速处理，探测区域内伪装目标快速提示，目标识别、确认，目标信息上传等功能。

本实用新型的车载高光谱全景成像探测仪，集成紫外、可见、红外成像探测，具有多谱段成像、光谱分辨率优于15nm、高光谱探测等优点。

附图说明

图1为高光谱相机的结构示意图。

图2为高光谱相机的光路结构示意图。

图3图像处理器的结构示意图。

图4为各器件电连接示意图。

图中：1、高光谱相机，101、安装座，102、镜筒，103、成像电子学系统，104、孔径光阑，105、望远镜，106、入射狭缝，107、第一透镜，108、第二透镜，109、第三透镜，110、第四透镜，111、折叠贝林-布洛卡棱镜，112、第五透镜，113、第六透镜，114、折转镜，115、滤光片，116、ccd探测器，2、图像处理器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型的车载高光谱全景成像探测仪，主要包括：高光谱相机1、图像处理器2、显控终端、云台、机架。

云台固定在车顶，高光谱相机1置于车顶，采用自攻钉固定于云台中。高光谱相机1由云台供电。云台是安装、固定高光谱相机1的支撑设备，保证高光谱相机1能在上下左右四个方向进行运动，以获得更大的视角，云台支持高光谱相机1焦距、景深、光圈，以随时获得更好的图像采集效果。

机架固定在车内，图像处理器2置于车内，采用螺钉固定于机架上。图像处理器2外接车内电源供电。图像处理器2的外观结构如图3所示。图像处理器2可以采用现有技术即可。

显控终端置于车内，显控终端外接车内电源供电。显控终端主要采用上位机。

如图1所示，高光谱相机1主要包括：安装座101、镜筒102、前置光学系统、分光系统、成像电子学系统103。安装座101固定在云台上。镜筒102固定在安装座101上。前置光学系统、分光系统、成像电子学系统103均安装在镜筒102中。成像电子学系统103与图像处理器2电连接。

如图2所示，前置光学系统主要包括：孔径光阑104、望远镜105。分光系统主要包括：入射狭缝106、第一透镜107、第二透镜108、第三透镜109、第四透镜110、折叠贝林-布洛卡棱镜111、第五透镜112、第六透镜113、折转镜114、滤光片115、ccd探测器116。ccd探测器116安装在成像电子学系统103上。目标发出的光束(紫外、红外、可见波段)依次经过孔径光阑104、望远镜105后由入射狭缝106入射至分光系统，经由第一透镜107、第二透镜108、第三透镜109、第四透镜110透射后入射至贝林-布洛卡棱镜111，经过贝林-布洛卡棱镜111的色散作用后将一束光分成紫外、红外、可见波段光，再经由第五透镜112、第六透镜113入射至折转镜114中，经折转镜114折转光线作用后入射至滤光片115，通过滤光片115的滤光后成像在ccd探测器116上。成像电子学系统103采集在ccd探测器116上形成的二维光谱图像并进行处理。

望远镜105采用离轴三反镜。

第一透镜107、第二透镜108、第三透镜109、第四透镜110、第五透镜112、第六透镜113的材料均采用k9玻璃。

第一透镜107前表面的曲率半径为2.43mm，后表面的曲率半径为2.08mm。

第二透镜108前表面的曲率半径为51.2mm，后表面的曲率半径为63.5mm。

第三透镜109前表面的曲率半径为-196.12mm，后表面的曲率半径为161.2mm。

第四透镜110前表面的曲率半径为168.18mm，后表面的曲率半径为-237.56mm。

第五透镜112前表面的曲率半径为19.01mm，后表面的曲率半径为15.74mm。

第六透镜113前表面的曲率半径为14.95mm，后表面的曲率半径为-905.57mm。

折转镜114表面镀全波段全反射膜。

滤光片115对紫外波段的光谱高透射，对可见和红外波段的光谱低透射。

成像电子学系统103采用长春长光辰芯光电技术有限公司生产的高速cmos成像电子学系统，其工作稳定，具有长时间接收的高可靠性和高准确性，输出图像数据率最高可达2.4gb/s，读出噪声为1.72e-，动态范围94db，满足载荷的任务需求。

本实用新型所设计的高光谱相机1具有多谱段成像、光谱分辨率优于15nm、高光谱探测等优点。

如图4所示，成像电子学系统103与图像处理器2之间通过线缆连接，线缆采用4路10gb光纤、1路rs422。图像处理器2与显控终端中的上位机之间通过线缆连接。由成像电子学系统103输出的图像通过线缆传输至图像处理器2中，经过图像处理后输出给上位机，通过上位机进行显示并进行实时监控。

本实用新型的车载高光谱探测仪结构要求如下：

1)高光谱相机1结构尺寸：约90mmx90mmx130mm；

2)高光谱相机1重量：小于2kg；

3)图像处理器2结构尺寸：采用3u形式的vpx架构导冷加固机箱，尺寸优选为为250mm*200mm*150mm；

4)高光谱相机1重量：≤2kg；

5)图像处理器2重量：≤15kg；

6)线缆重量：≤2kg。

本实用新型的主要技术指标如下：

1)应用场景：适应草原、高山荒原等野外植被环境，在光照条件下(能见度3km，太阳高度角大于30°，车辆静止或行进过程(四级公路最大速度60km/h)中，相机高度距离地面3m左右；

2)高光谱相机1工作模式：多谱段推扫成像(云台稳定条件：0.2mil)；

3)高光谱相机1谱段范围：400～1000nm；

4)高光谱相机1光谱数：优选≮32；

5)高光谱相机1光谱分辨率：优于15nm；

6)探测距离：优于1.8km(0.05～1.8km范围内清晰成像，空间分辨率在1.8km处优于0.lm)；

7)目标检测性能：经过30s数据累积之后，针对1.8公里范围内目标(无伪装车辆和人员、大型动物以及覆盖迷彩伪装物的人员和装备等)检测率优于80％，虚警率优于40％；

8)目标分类性能：针对四种主要目标类型(迷彩伪装目标、无伪装人员、大型动物、车辆)的分类准确率优于60％；

9)成像处理能力：适应转台3s/转转速；

10)工作温度范围：-40℃～+55℃；

11)储藏温度范围：-40℃～+70℃；

12)电源：车载直流dc24v士10％；

13)功耗：≤500w；

14)具备自检功能。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。