一种基于DMD的可变视场宽光谱关联成像系统

一种基于dmd的可变视场宽光谱关联成像系统
技术领域
1.本发明涉及成像技术领域，特别是涉及一种基于dmd的可变视场宽光谱关联成像系统。


背景技术：

2.成像视场范围大小作为成像技术的一个关键参数，在成像技术的发展过程中越来越受到重视，除了增大视场以外，研究人员还对可变视场进行了一系列的研究。
3.现有的关联成像技术中可变视场研究较少，现在主要的可变视场研究都是在传统成像中使用，传统成像中可变视场需要使用可调节的光学器件通常是通过部分透镜的位移，或采用多套透镜系统，但透镜的位移会引入机械构件，增加误差，多套透镜成像系统会增加系统成本。
4.现有的宽光谱关联成像技术中宽光谱关联成像利用目标的可见光和近红外不同谱段信息，获取目标的物理属性，扩展了传统成像系统的探测能力，在遥感探测、环境监测以及国防安全等领域具有极为重要应用价值，现有的光谱关联成像采用特定的视场进行成像，对系统的光场信息利用率较低，成像质量低。
5.综上所述，现有的可变视场成像以及光谱关联成像技术中装置成本高并且成像质量低。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于dmd的可变视场宽光谱关联成像系统，可降低系统成本并且提高成像质量。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种基于dmd的可变视场宽光谱关联成像系统，包括：
9.计算机、宽光谱激光器、扩束透镜模块、成像透镜模块、dmd、聚焦透镜模块和光谱仪模块，所述计算机分别与所述宽光谱激光器、所述dmd和所述光谱仪模块连接，所述计算机用于控制所述宽光谱激光器发射激光，所述计算机用于根据设定调制矩阵尺寸及调制矩阵图案的相对位置生成n个调制矩阵图案，并将n个所述调制矩阵图案传输到所述dmd中，所述扩束透镜模块设置在所述宽光谱激光器的输出光路上，所述扩束透镜模块用于对所述激光进行扩束形成激光光束，目标物体设置在所述扩束透镜模块的输出光路上，所述目标物体用于对所述激光光束进行反射形成反射光束，所述成像透镜模块设置在所述反射光束的光路上，所述成像透镜模块用于对所述反射光束进行成像得到成像光束，所述dmd设置在所述成像透镜模块的输出光路上，所述dmd用于根据n个所述调制矩阵图案对所述成像光束进行调制得到n个调制信号；所述聚焦透镜模块设置在所述dmd的反射光路上，所述聚焦透镜模块用于对n个所述调制信号进行聚焦形成n个聚焦光束，所述光谱仪模块设置在所述聚焦透镜模块的透射光路上，所述光谱仪模块用于根据n个所述聚焦光束得到n个光强信息集合，一个所述光强信息集合包括同一个聚焦光束对应的多个光谱波段的光强信息，所述计
算机用于根据各光谱波段的光强信息与n个所述调制矩阵图案得到所述目标物体的宽光谱图像，n为大于1的整数。
10.可选的，所述聚焦透镜模块包括：第一聚焦透镜和第二聚焦透镜；所述第一聚焦透镜设置在所述dmd的左反射光束的光路上，所述第二聚焦透镜设置在所述dmd的右反射光束的光路上。
11.可选的，所述光谱仪模块包括：可见光光谱仪和近红外光谱仪；所述可见光光谱仪设置在所述第一聚焦透镜的透射光路上，所述近红外光谱仪设置在所述第二聚焦透镜的透射光路上。
12.可选的，所述扩束透镜模块为发射镜头。
13.可选的，所述成像透镜模块为目标透镜。
14.可选的，所述宽光谱激光器的工作范围是450nm～1700nm波段。
15.可选的，所述调制矩阵图案为哈达玛矩阵图案。
16.可选的，所述基于dmd的可变视场宽光谱关联成像系统，还包括：光纤，所述聚焦透镜模块通过所述光纤与所述光谱仪模块连接。
17.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明采用光谱关联成像方法利用dmd的空间光编码调制功能，通过设定相应的调制矩阵尺寸大小及调制矩阵图案的相对位置得到不同的调制矩阵图案，实现在固定镜头下的可变视场宽光谱关联成像，同一个系统得到不同视场的宽光谱图像，实现高效地可见光和近红外波段光谱成像，提高成像精度，仅用一套系统实现了视场与分辨率可调的宽光谱成像，大幅减少了成像系统成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的一种基于dmd的可变视场宽光谱关联成像系统的结构示意图；
20.图2为本发明实施例提供的基于dmd的可变视场宽光谱关联成像系统的工作流程图。
21.符号说明：
22.1-计算机、2-宽光谱激光器、3-发射镜头、4-dmd、5-目标透镜、6.1-第一聚焦透镜、6.2-第二聚焦透镜、7.1-可见光光谱仪、7.2-近红外光谱仪、8-目标物体。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
25.本发明实施例提供了一种基于dmd(digtial micromirror devices，数字微镜器件)的可变视场宽光谱关联成像系统，如图1所示，包括：
26.计算机1、宽光谱激光器2、扩束透镜模块、成像透镜模块、dmd4、聚焦透镜模块和光谱仪模块，所述计算机1分别与所述宽光谱激光器2、所述dmd4和所述光谱仪模块连接，所述计算机1用于控制所述宽光谱激光器2发射激光，发射的激光为宽光谱激光，所述计算机1用于根据设定调制矩阵尺寸及调制矩阵图案的相对位置生成n个调制矩阵图案，并将n个所述调制矩阵图案传输到所述dmd4中，所述扩束透镜模块设置在所述宽光谱激光器2的输出光路上，所述扩束透镜模块用于对所述激光进行扩束形成激光光束，目标物体8设置在所述扩束透镜模块的输出光路上，所述目标物体8用于对所述激光光束进行反射形成反射光束，所述成像透镜模块设置在所述目标物体8的反射光束的光路上，所述成像透镜模块用于对所述反射光束进行成像得到成像光束，所述dmd4设置在所述成像透镜模块的输出光路上，所述dmd4用于根据n个所述调制矩阵图案对所述成像光束进行调制得到n个调制信号；所述聚焦透镜模块设置在所述dmd4的反射光路上，所述聚焦透镜模块用于对n个所述调制信号进行聚焦形成n个聚焦光束，所述光谱仪模块设置在所述聚焦透镜模块的透射光路上，所述光谱仪模块用于根据n个所述聚焦光束得到n个光强信息集合，一个所述光强信息集合包括同一个聚焦光束对应的多个光谱波段的光强信息，具体的是接收聚焦光束，并探测聚焦光束的光强和谱段信息，所述计算机1用于根据各光谱波段的光强信息与n个所述调制矩阵图案得到所述目标物体8的宽光谱图像，具体的为接收各光谱波段的光强信息，并将各光谱波段的光强信息与调制矩阵图案进行关联计算，恢复得到目标物体8的宽光谱图像，n为大于1的整数。
27.作为一种可选的实施方式，所述聚焦透镜模块包括：第一聚焦透镜6.1和第二聚焦透镜6.2；所述第一聚焦透镜6.1设置在所述dmd4的左反射光束的光路上，所述第二聚焦透镜6.2设置在所述dmd4的右反射光束的光路上。
28.作为一种可选的实施方式，所述光谱仪模块包括：可见光光谱仪7.1和近红外光谱仪7.2；所述可见光光谱仪7.1设置在所述第一聚焦透镜6.1的透射光路上，所述近红外光谱仪7.2设置在所述第二聚焦透镜6.2的透射光路上，调制信号向左右反射分别反射到第一聚焦透镜6.1和第二聚焦透镜6.2。
29.作为一种可选的实施方式，所述扩束透镜模块为发射镜头3。
30.作为一种可选的实施方式，所述成像透镜模块为目标透镜5，所述目标透镜5用于对目标物体8反射的反射信号进行聚焦收集，得到目标信号即成像光束，dmd4将目标信号调制成调制信号。
31.作为一种可选的实施方式，所述宽光谱激光器2的工作范围是450nm～1700nm波段。
32.作为一种可选的实施方式，所述调制矩阵图案为哈达玛矩阵图案。
33.作为一种可选的实施方式，基于dmd的可变视场宽光谱关联成像系统，还包括：光纤，所述聚焦透镜模块通过所述光纤与所述光谱仪模块连接，用于传输所述聚焦光束。
34.作为一种可选的实施方式，所述基于dmd的可变视场宽光谱关联成像系统的工作
范围是450nm～1700nm波段。
35.如图2所示，本发明上述系统的工作过程为：
36.计算机控制宽光谱激光器发射宽光谱激光，宽光谱激光经过发射镜头照射到目标物体上。
37.根据成像视场需求(成像视场和分辨率的需求)设定调制矩阵图案中的调制矩阵尺寸大小以及调制矩阵图案的相对位置，由计算机生成对应调制矩阵图案并记录n个调制矩阵图案，并将所述调制矩阵图案通过数据线加载至dmd。
38.dmd通过目标透镜获取目标物体的反射信号并对反射信号进行n次调制，向两侧反射分别形成n个调制信号，由聚焦透镜对调制信号进行聚焦，得到聚焦光束。
39.光谱仪对聚焦光束进行收集，得到多个光谱波段的光强信息。
40.由计算机将多个光谱波段的光强信息与n个调制矩阵图案进行关联计算，得到所述目标物体的宽光谱的光谱图像。
41.例：根据成像视场需求设定调制矩阵图案中的调制矩阵尺寸大小以及调制矩阵图案的相对位置，由计算机生成对应调制矩阵图案并记录n个调制矩阵图案。以成像图像像素数是64
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64为例，当成像视场需求在特定的较小位置且分辨率高时，可以生成指定成像位置的调制矩阵图案，其中调制矩阵大小为对应dmd上64
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64个微镜阵列的尺寸，分辨率为dmd最大分辨率。当成像视场需求较大时，可以生成指定成像位置的调制矩阵图案，其中调制矩阵大小为对应dmd上512
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512个微镜阵列的尺寸，分辨率为dmd最大分辨率的八分之一。
42.优点：可变视场，能够通过一个光学系统满足不同视场和不同分辨率的需求，节省空间和载重，大大降低了系统成本。
43.原理：dmd具有空间光编码调制功能，能够加载不同的调制矩阵图案，通过调整加载图案的调制矩阵的相对位置和尺寸大小，利用关联成像原理，方便快捷实现成像系统的视场和分辨率变化。
44.本发明解决的技术问题是：
45.采用光谱关联成像方法，配合高精度可见光光谱仪和近红外光谱仪探测，同时对目标物体实现低成本、高精度的可见光光谱成像和近红外光谱成像。
46.利用dmd的空间光编码调制功能，通过设定相应的调制矩阵尺寸大小以及调制矩阵图案的相对位置使得微镜阵列的翻转得到不同的调制矩阵图案，实现在固定镜头下的可变视场宽光谱关联成像，同一个系统得到不同视场的宽光谱图像，实现高效地可见光和近红外波段光谱成像，仅用一套系统实现了视场与分辨率可调的宽光谱成像，大幅减少了成像系统成本。
47.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
48.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。