基于像元镀膜技术的便携式高光谱成像仪及其拍摄方法与流程

本发明涉及光谱成像技术，尤其涉及基于像元镀膜技术的便携式高光谱成像仪。本发明还涉及基于像元镀膜技术的拍摄方法。

背景技术：

传统的影像技术只记录了目标光学信号中的光强信息，而丢掉了能够反映目标光学特性的波谱信息。光谱成像技术可同时获得目标的空间维、光谱维的丰富信息，实现图谱合一，从而可以对目标进行定性、定量分析。

现有的高光谱成像仪从技术途径上可分为光源分光和探测器分光两种。所谓光源分光是指用特定波长的光源照明目标，对目标进行拍摄成像的方式，通过用不同波长的光源照射目标，完成对目标的多光谱成像。探测器分光又有几种不同的方式，包括色散型、干涉型、衍射型和滤光片型等。它们都是在成像光路中(或前/后)增加相应的分光元件来实现对目标实现不同波长的光谱成像，这无疑会增加系统的复杂性。同时，由于受到空间和技术上的限制，可以实现的光谱波段数量有限，各波段的偏差不均等问题。

现在虽然有电控液晶可调滤光器出现，可以大幅增加波段数量，但由于对光束要求较高，在其前后需要增加镜头进行光束的中继整形，使系统变得更加复杂。

技术实现要素：

本发明目的在于提供基于像元镀膜技术的便携式高光谱成像仪，以实现光谱成像系统的简化。

本发明所述的基于像元镀膜技术的便携式高光谱成像仪设有成像物镜，成像物镜后侧设有精密移动平台，所述精密移动平台的平移机构上安装有像元镀膜感光芯片；所述的像元镀膜感光芯片在像元感光层表面沿平移机构的移动方向镀有若干法布里帕罗窄带滤光片结构；每一法布里帕罗窄带滤光片结构对应的分光波长不同。

所述若干法布里帕罗窄带滤光片结构互相平行设置。

所述若干法布里帕罗窄带滤光片结构的分光波长沿所述移动方向递变。

所述若干法布里帕罗窄带滤光片结构在所述移动方向上均跨越若干像元。

利用所述便携式高光谱成像仪的拍摄方法。

本发明所述的基于像元镀膜技术的便携式高光谱成像仪及其拍摄方法，其优点在于，由于像元镀膜感光芯片的分光器件是集成在像元级别的法布里帕罗(f-p)干涉微镜，无需以往高光谱成像仪中厚重的分光器件。因而其在小型化和便携性具有广阔的前景，同时其核心器件属于集成电路产品，仪器的制造成本会随着产业化而迅速降低，是一款可以实现小型便携的低成本的高光谱成像仪。

附图说明

图1是本发明所述便携式高光谱成像仪的结构示意图。

图2是所述像元镀膜芯片的结构示意图。

图3是像元镀膜感光芯片扫描目标像示意图。

图4是像元镀膜感光芯片扫描过程中的数据采集示意图。

附图标记：10-目标；20-便携式高光谱成像仪、21-成像物镜、22-精密移动平台；30-像元镀膜感光芯片、31-基层、32-像元感光层、33-法布里帕罗窄带滤光片结构；k-移动方向。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述的基于像元镀膜技术的便携式高光谱成像仪设有成像物镜21，所述成像物镜21后侧设有精密移动平台22。精密移动平台22的平移机构面向成像物镜21，平移机构上安装有像元镀膜感光芯片30。所述的像元镀膜感光芯片30包括安装在平移机构上的基层31，设置在基层31表面的像元感光层32，以及在像元感光层32表面镀有的若干法布里帕罗窄带滤光片结构33。相应地，便携式高光谱成像仪还内置用于控制所述精密移动平台22的移动平台控制器，用于控制精密移动平台的移动与像元镀膜感光芯片30数据信息采集同步，还有处理像元镀膜感光芯片30数据的信息采集处理模块和信息传输模块。

每一法布里帕罗窄带滤光片结构33利用干涉微镜的原理实现对应波长的分光，且所述的法布里帕罗窄带滤光片结构33沿平移机构的移动方向上分光波长不同。每一法布里帕罗窄带滤光片结构33互相平行设置，且分光波长沿移动方向递变，在移动方向上均跨越若干像元。所述的递变可以是递增或递减。通过精细的分光，至少可以实现从红外波段逐渐变化至紫外波段。当然，通过镀膜的调整，可以实现任一波段的精细划分。

具体为：所述的像元感光层32可以采用imec公司最新研发的2048x1088分辨率的感光元件。将每6行像素均镀上同一波长的法布里帕罗(f-p)窄带滤光片结构，从而实现了至少180个成像光谱通道像素带。成像时，成像物镜21将目标目标10成像在像元镀膜感光芯片30上。通过像元镀膜感光芯片30沿k方向匀速的移动，使其对目标的像进行扫描，从而实现对目标的光谱成像。

所述的精密移动平台22可以是压电陶瓷电机驱动的微型精密位移平台，也可以是其它的精密位移平台，可以实现纳米级的超高精度平行移动。通过对成像物镜21精确控制和对线扫型感光元件拍摄速度的同步控制，从而使得在凝视拍摄的状态下，便携式高光谱成像仪内部配置的精密移动平台22可带像元镀膜感光芯片30进行横向扫描拍摄。再通过软件逐帧拼接，生成含有二维空间信息的高光谱数据。由于便携式高光谱成像仪采用了内置精密位移平台，因而使用时只需像使用普通相机一样对着目标凝视拍摄，而无需再另外搭配体积较大，安装复杂的外置扫描平台使用。

所述的信息采集处理模块从芯片上采集数据并进行放大和处理，生成不同光谱范围的图像信号，传递给显示设备显示或信息传输模块发送到便携设备或云端存储设备中供其它设备取用。所述的信息传输模块将信息采集处理模块处理后的信息发送到便携设备或云端存储设备中供其它设备取用。

由于像元镀膜感光芯片的分光器件是集成在像元级别的法布里帕罗(f-p)干涉微镜，无需以往高光谱成像仪中厚重的分光器件，因而其在小型化和便携性具有广阔的前景。同时其核心器件属于集成电路产品，仪器的制造成本会随着产业化而迅速降低，是一款可以实现便携的低成本的高光谱成像仪。

进一步，如图3、4所示，本发明所述的便携式高光谱成像仪可以对得到的二维空间信息进行以下处理方式：成像镜头将目标辐射的光学信号成像于像元镀膜感光芯片上，而像元镀膜感光芯片则由内置的精密移动平台驱动对镜头形成的目标的像进行推扫，同时光谱图像采集处理电路板从像元镀膜感光芯片采集并处理数据，精密移动平台由驱动控制电路板控制，保证与光谱图像采集处理电路的同步，从而使得在凝视拍摄的状态下，通过扫描拍摄，再利用采集处理电路对数据进行采集处理，生成含有二维空间信息的高光谱数据。

像元镀膜感光芯片在精密移动平台的驱动下，沿着像元镀膜感光芯片上法布里帕罗窄带滤光片结构分布的方向精确匀速的移动，光谱图像采集处理电路板同步的进行数据采集。采集的光谱数据信息保存到一个多维的数据组中，比如三维数组s(2048,3650,180)，其中第一维2048个单元用于存放每行2048个像素值，第二维3650个单元用于存放扫描方向产生的3650行像元值,第三维180个单元用于存放各光谱通道的数据。

第一位置：s(x,1,1)存放第一行的1光谱通道的数据(x＝1-2048)；第二位置：s(x,2,1)存放第二行的1光谱通道的数据，s(x,1,2)存放第一行2光谱通道的数据；第三位置：s(x,3,1)存放第三行的1光谱通道的数据，s(x,2,2)存放第二行2光谱通道的数据，s(x,1,3)存放第一行的3光谱通道的数据，……，s(x，3650,180)存放第3650行180光谱通道的数据。

像元镀膜感光芯片在每一个位置都可以得到每一行2048维的数据组。随着精密移动平台驱动像元镀膜感光芯片的精密移动，就可以采集到全部光谱通道数据组，从而形成了二维空间信息的高光谱数据。该高光谱数据通过存储器和信号放大处理器输出到显示与存储模块进行存储或显示。

本发明所述的拍摄方法，通过所述基于像元镀膜技术的便携式高光谱成像仪完成。具体可以为手持或架设所述便携式高光谱成像仪，对目标进行凝视拍摄。拍摄过程中，精密移动平台会自动带动像元镀膜感光芯片进行成像扫描而完成。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。