專利名稱：一種x-y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對超光譜圖數(shù)據(jù)的采集，特別涉及一種X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法，具有結(jié)構(gòu)簡單，掃描視場范圍大，系統(tǒng)穩(wěn)定，光譜分辨力高，實(shí)用性強(qiáng)，成本低的特點(diǎn)，特別是還能抑制環(huán)境光的干擾。
背景技術(shù)：
超光譜技術(shù)是一種集光、機(jī)、電及計(jì)算機(jī)于一體的技術(shù)。它能夠在連續(xù)光譜段上對同一目標(biāo)同時(shí)成像，可直接反映出被觀測物體的光譜特征，甚至物體表面的物質(zhì)成分，因此在軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有極高的應(yīng)用價(jià)值。目前的超光譜技術(shù)按照掃描方式分為旋轉(zhuǎn)掃描式和面陣推掃式兩種方式。其中， 旋轉(zhuǎn)掃描式成像系統(tǒng)的收集系統(tǒng)對空間形成一個(gè)很小的角度——瞬時(shí)視場角，在瞬時(shí)視場內(nèi)的被測物輻射能由旋轉(zhuǎn)反射鏡反射到光譜收集系統(tǒng)獲得整個(gè)被測物高光譜信息。該方法的優(yōu)點(diǎn)是掃描視場大，作業(yè)效率高。航天中運(yùn)用該方法的有美國的MIVIS和DAIS、中國的 MAIS和OMIS等。面陣推掃式掃描高光譜獲取方法通常是借助于被測物平臺(tái)移動(dòng)或者光譜獲取裝置平動(dòng)實(shí)現(xiàn)被測物反射超光譜圖數(shù)據(jù)采集，該方法視場范圍小。目前面陣推掃式掃描高光譜獲取方法運(yùn)用較多。如航天中，面陣推掃式掃描高光譜獲取方法通常是借助于遙感平臺(tái)沿飛行方向運(yùn)動(dòng)和遙感器本身光學(xué)機(jī)械橫向掃描達(dá)到地面覆蓋，從而得到地面條帶圖像的成像裝置，如美國陸地資源衛(wèi)星Landsat上的多光譜掃描儀(MSS)。農(nóng)業(yè)中，中國專利(申請日2005年12月9日，申請?zhí)?00520099328. X，水果高光譜圖像采集裝置)提出了一種水果高光譜圖像采集裝置，通過被測水果平動(dòng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)蘋果二維圖像和光譜數(shù)據(jù)采集；現(xiàn)有技術(shù)中還提出了推掃式超光譜舌象采集儀，通過運(yùn)用時(shí)序控制器控制光學(xué)成像系統(tǒng)平動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對舌體的逐行推掃，最后獲得整個(gè)舌體的超光譜數(shù)據(jù)。上述高光譜在航天、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用均是采用了面陣推掃式掃描獲得被測表面反射超光譜圖數(shù)據(jù)。雖然面陣推掃式方法在各個(gè)領(lǐng)域都得到了很好的結(jié)果，但是推掃式系統(tǒng)存在整體機(jī)械結(jié)構(gòu)較大、成本高、掃描視場范圍小以及容易受到環(huán)境光干擾的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度、擴(kuò)大掃描視場范圍、降低成本以及避免環(huán)境光干擾，本發(fā)明提供了一種X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法，所述方法包括以下步驟(1)探頭與被測物體分別在場鏡的兩側(cè)物象共軛位置，在所述探頭與所述場鏡之間安裝X振鏡和Y振鏡；(2)光源發(fā)出的光束經(jīng)過斬波器，按照第一預(yù)設(shè)頻率對光進(jìn)行調(diào)制，獲取調(diào)制后的光；(3)所述調(diào)制后的光通過Y型光纖的A端，經(jīng)過所述探頭、所述X振鏡、所述Y振鏡和所述場鏡照射到所述被測物體表面的目標(biāo)位置，在所述目標(biāo)位置處發(fā)生反射，獲取反射光；(4)所述反射光經(jīng)所述場鏡、所述X振鏡和所述Y振鏡后進(jìn)入所述探頭，進(jìn)入所述探頭的光經(jīng)由Y型光纖的B端導(dǎo)入到光譜儀；(5)所述光譜儀以第二預(yù)設(shè)頻率對所述反射光進(jìn)行連續(xù)采樣，得到多幅反射光譜序列Si ；(6)按照時(shí)間順序?qū)⑺龆喾瓷涔庾V序列Si中同一波長對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，獲取各個(gè)波長的光強(qiáng)序列，其中，i的取值為正整數(shù)；(7)對所述各個(gè)波長的光強(qiáng)序列進(jìn)行傅立葉變換，獲取最大諧波分量^，其中，j的取值為正整數(shù)；(8)按照各個(gè)波長順序?qū)⑺鲎畲笾C波分量<進(jìn)行排序，獲取反射光譜；(9)控制所述X振鏡和所述Y振鏡掃描，獲取所述被測物體表面預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)所有位置的反射光譜，從而獲取到所述被測物體表面反射超光譜圖。所述第二預(yù)設(shè)頻率具體為高于所述第一預(yù)設(shè)頻率η倍，其中，η的取值為大于2的正整數(shù)。所述最大諧波分量<具體為多數(shù)波長幅值最大的相同諧波分量。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法，該方法通過X振鏡和Y 振鏡的掃描可以將被測物體表面預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的反射光通過探頭導(dǎo)入到光譜儀中，獲得被測物體表面的反射光譜，最終得到被測物體表面預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的反射超光譜圖。通過該方法使得機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定、掃描視場范圍大、光譜分辨力高、實(shí)用性強(qiáng)、成本低以及抑制環(huán)境光的干擾。


圖1為本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法的流程圖。附圖中各標(biāo)號所代表的部件列表如下1 光源2 光譜儀3 =Y型光纖 4 探頭5 =X振鏡 6 =Y振鏡7 場鏡8 被測物體9 斬波器
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了降低機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度、擴(kuò)大掃描視場范圍、降低成本以及避免環(huán)境光干擾，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法，參見圖1和圖2，詳見下文描述
101 探頭4與被測物體8分別在場鏡7的兩側(cè)物象共軛位置，在探頭4與場鏡7 之間安裝X振鏡5和Y振鏡6 ；102 光源1發(fā)出的光束經(jīng)過斬波器2，按照第一預(yù)設(shè)頻率對光進(jìn)行調(diào)制，獲取調(diào)制后的光；其中，第一預(yù)設(shè)頻率的取值根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的需要進(jìn)行設(shè)定，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對此不做限制。103 調(diào)制后的光通過Y型光纖3的A端，經(jīng)過探頭4、X振鏡5、Y振鏡6和場鏡7 照射到被測物體8表面的目標(biāo)位置，在目標(biāo)位置處發(fā)生反射，獲取反射光；104 反射光經(jīng)場鏡7、X振鏡6和Y振鏡5后進(jìn)入探頭4，進(jìn)入探頭4的光經(jīng)由Y 型光纖3的B端導(dǎo)入到光譜儀2 ；105 光譜儀2以第二預(yù)設(shè)頻率對反射光進(jìn)行連續(xù)采樣，得到多幅反射光譜序列 Si;其中，第二預(yù)設(shè)頻率具體為高于第一預(yù)設(shè)頻率η倍，η的取值為大于2的正整數(shù)， η的取值可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的需要進(jìn)行設(shè)定，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對此不做限制。 其中i的取值為正整數(shù)。106 按照時(shí)間順序?qū)⒍喾瓷涔庾V序列Si中同一波長對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序， 獲取各個(gè)波長的光強(qiáng)序列；107:對各個(gè)波長的光強(qiáng)序列進(jìn)行傅立葉變換，獲取最大諧波分量其中，最大諧波分量^具體為多數(shù)波長幅值最大的相同諧波分量，j的取值為正整數(shù)。108 按照各個(gè)波長順序?qū)⒆畲笾C波分量^進(jìn)行排序，獲取反射光譜；109 控制X振鏡5和Y振鏡6掃描，獲取被測物體8表面預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)所有位置的反射光譜，從而獲取到被測物體8表面反射超光譜圖。其中，預(yù)設(shè)區(qū)域根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行劃定，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對此不做限制。通過控制X振鏡5和Y振鏡6，來獲取被測物體8表面預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)所有位置的反射光
■i並曰O即通過上述步驟101-步驟109獲取到了排除環(huán)境光干擾的被測物體表面反射超光譜圖。下面以一個(gè)具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明提供的X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法的可行性，詳見下文描述實(shí)施例1 如圖1所示，探頭4與被測物體8分別在場鏡7的兩側(cè)物象共軛位置， 在探頭4與場鏡7之間安裝X振鏡5和Y振鏡6，通過X振鏡5和Y振鏡6可以改變與探頭 4成為物象共軛關(guān)系的被測物體8表面位置；光源1發(fā)出的光束經(jīng)過斬波器9，所輸出的光按照第一預(yù)設(shè)頻率進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的光通過Y型光纖3的A端，經(jīng)過探頭4、X振鏡5、Y振鏡6和場鏡7照射到被測物體8表面的目標(biāo)位置，在目標(biāo)位置處發(fā)生反射，獲取反射光；反射光經(jīng)場鏡7、X振鏡6和Y振鏡5后進(jìn)入探頭4，進(jìn)入探頭4的光經(jīng)由Y型光纖3的B端導(dǎo)入到光譜儀2 ；光譜儀2以第二預(yù)設(shè)頻率對反射光進(jìn)行連續(xù)采樣，得到多幅反射光譜序列 Si ；按照時(shí)間順序?qū)⒍喾瓷涔庾V序列Si中同一波長對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，獲取各個(gè)波長的光強(qiáng)序列；對各個(gè)波長的光強(qiáng)序列進(jìn)行傅立葉變換，獲取最大諧波分量^ ；按照各個(gè)波長順序?qū)⒆畲笾C波分量《 進(jìn)行排序，獲取反射光譜；通過控制X振鏡5和Y振鏡6，獲取被測物體8表面預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)所有位置的反射光譜，從而獲取到被測物體8表面反射超光譜圖。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法，該方法通過X振鏡和Y振鏡的掃描可以將被測物體表面預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的反射光通過探頭導(dǎo)入到光譜儀中，獲得被測物體表面的反射光譜，最終得到被測物體表面預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的反射超光譜圖。通過該方法使得機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定、掃描視場范圍大、光譜分辨力高、實(shí)用性強(qiáng)、成本低以及抑制環(huán)境光的干擾。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)探頭與被測物體分別在場鏡的兩側(cè)物象共軛位置，在所述探頭與所述場鏡之間安裝X振鏡和Y振鏡；(2)光源發(fā)出的光束經(jīng)過斬波器，按照第一預(yù)設(shè)頻率對光進(jìn)行調(diào)制，獲取調(diào)制后的光；(3)所述調(diào)制后的光通過Y型光纖的(A)端，經(jīng)過所述探頭、所述X振鏡、所述Y振鏡和所述場鏡照射到所述被測物體表面的目標(biāo)位置，在所述目標(biāo)位置處發(fā)生反射，獲取反射光；(4)所述反射光經(jīng)所述場鏡、所述X振鏡和所述Y振鏡后進(jìn)入所述探頭，進(jìn)入所述探頭的光經(jīng)由Y型光纖的(B)端導(dǎo)入到光譜儀；(5)所述光譜儀以第二預(yù)設(shè)頻率對所述反射光進(jìn)行連續(xù)采樣，得到多幅反射光譜序列Si;(6)按照時(shí)間順序?qū)⑺龆喾瓷涔庾V序列Si中同一波長對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，獲取各個(gè)波長的光強(qiáng)序列，其中，i的取值為正整數(shù)；(7)對所述各個(gè)波長的光強(qiáng)序列進(jìn)行傅立葉變換，獲取最大諧波分量^，其中，j的取值為正整數(shù)；(8)按照各個(gè)波長順序?qū)⑺鲎畲笾C波分量^進(jìn)行排序，獲取反射光譜；(9)控制所述X振鏡和所述Y振鏡掃描，獲取所述被測物體表面預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)所有位置的反射光譜，從而獲取到所述被測物體表面反射超光譜圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)頻率具體為高于所述第一預(yù)設(shè)頻率η倍，其中，η的取值為大于2的正整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，所述最大諧波分量^具體為多數(shù)波長幅值最大的相同諧波分量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種X-Y振鏡掃描式超光譜圖數(shù)據(jù)采集方法，包括以下步驟探頭與被測物體分別在場鏡的兩側(cè)物象共軛位置，在探頭與場鏡之間安裝X振鏡和Y振鏡；光源發(fā)出的光束經(jīng)過斬波器，按照第一預(yù)設(shè)頻率對光進(jìn)行調(diào)制，獲取調(diào)制后的光，通過Y型光纖的(A)端，經(jīng)過探頭、X振鏡、Y振鏡和場鏡照射到被測物體表面的目標(biāo)位置，發(fā)生反射，獲取反射光，經(jīng)場鏡、X振鏡和Y振鏡后進(jìn)入探頭，經(jīng)由Y型光纖的(B)端導(dǎo)入到光譜儀，以第二預(yù)設(shè)頻率對反射光進(jìn)行連續(xù)采樣，得到多幅反射光譜序列Si；按照時(shí)間順序?qū)⑼徊ㄩL對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，獲取各個(gè)波長的光強(qiáng)序列，進(jìn)行傅立葉變換，獲取最大諧波分量按照各個(gè)波長順序進(jìn)行排序，獲取反射光譜。
文檔編號G01J3/06GK102175316SQ20111002241
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者李剛, 林凌, 趙靜 申請人:天津大學(xué)