通用型便攜式地物光譜成像儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本專利設(shè)及一種地物光譜成像儀，特別指便攜式，成像鏡頭可切換的通用型地物 光譜成像設(shè)備。該儀器通過視場光闊與面陣探測器的物像共輛完善成像，聲光可調(diào)凝視光 譜可編程選擇，通用標(biāo)準(zhǔn)接口切換光學(xué)成像鏡頭的技術(shù)途徑，達(dá)到輕小型、便攜式的應(yīng)用目 的，特別適合多種類環(huán)境、功能要求下的精細(xì)光譜成像分析及處理應(yīng)用。
【背景技術(shù)】：
[0002] 形態(tài)測量和光譜測量是研究地物結(jié)構(gòu)和成份的主要方法，其基于不同地物目標(biāo)的 光譜特征，W及微粒的尺寸和形狀各不相同。成像光譜儀能在獲取所觀測目標(biāo)二維空間信 息的同時(shí)，W高光譜分辨率獲取目標(biāo)像素的光譜信息，在光譜圖像立方體上有可能直接區(qū) 分和識(shí)別目標(biāo)，在±地資源調(diào)查、農(nóng)林業(yè)、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測、海洋、數(shù)字城市等國民經(jīng)濟(jì)方面 和偽裝識(shí)別、作戰(zhàn)環(huán)境偵察等軍事應(yīng)用方面均有重要應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 圖像能提供地面目標(biāo)精細(xì)的幾何特性，而光譜提供目標(biāo)的光譜信息，能通過對(duì)地 物幾何及特征光譜的判別進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和分類。成像光譜技術(shù)起源于上世紀(jì)70年代初期的 多光譜遙感技術(shù)，并隨著對(duì)地觀測應(yīng)用的需要而發(fā)展，成像光譜儀是一種在成像光譜技術(shù) 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新概念光學(xué)有效載荷。隨著光學(xué)、計(jì)算機(jī)和焦平面探測器等基礎(chǔ)技術(shù)的 不斷發(fā)展，成像光譜技術(shù)在九十年代取得了巨大進(jìn)步。成像光譜儀器的研制及應(yīng)用，最終目 標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)地物目標(biāo)的幾何及光譜特征的測量，與遙感相機(jī)或光譜儀相比，在目標(biāo)識(shí)別方 面具有更強(qiáng)的能力。
[0004] 在過去=十年里，成像光譜技術(shù)獲得巨大的發(fā)展，在礦產(chǎn)資源、環(huán)境監(jiān)測、精準(zhǔn)農(nóng) 林和軍事國防等方面發(fā)揮了重要的作用，但是，成像光譜儀技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，不斷適應(yīng)了 應(yīng)用部口對(duì)精細(xì)遙感數(shù)據(jù)的需求。但是，成像光譜儀的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，存在W下幾方面的 局限性：1)空間分辨率與不同應(yīng)用需求矛盾，數(shù)據(jù)的空間分辨率選擇及可控性不強(qiáng)，特別是 不適應(yīng)便攜式地物圖像及譜圖獲取應(yīng)用對(duì)圖像及光譜的需求；2)儀器體積及重量不斷增 加，相對(duì)于便攜式地物探測應(yīng)用矛盾突出。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本專利提供一種通用型便攜式地物光譜成像儀，在實(shí)現(xiàn)精細(xì)光譜分析的同時(shí)，滿 足體積、重量及多種類環(huán)境、應(yīng)用的要求。本專利主要特點(diǎn)為：1)通過視場光闊與面陣探測 器的物像共輛完善成像，減小光學(xué)鏡頭互換時(shí)對(duì)成像質(zhì)量的影響；2)采用多射頻復(fù)合聲光 可調(diào)驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)光譜可編程選擇，獲取目標(biāo)圖像及光譜數(shù)據(jù);3)采用光路折轉(zhuǎn)的光機(jī)構(gòu) 型設(shè)計(jì)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)緊湊、輕小;4)采用通用標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像鏡頭的靈活切換;5)采 用FPGA結(jié)合上位機(jī)的軟件控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取及分析處理。
[0006] 本專利提供的通用型便攜式地物光譜成像儀包括光譜分析模塊1、數(shù)據(jù)采集與處 理模塊2、軟件控制模塊3、安裝基座4，如附圖1及附圖2所示。
[0007] 所述的光譜分析模塊1由成像鏡頭11、標(biāo)準(zhǔn)接口 10、視場光闊12、準(zhǔn)直鏡13、格蘭棱 鏡一 14、聲光可調(diào)濾光器A0TF15、格蘭棱鏡二16、會(huì)聚鏡17、像面折轉(zhuǎn)反射鏡18、面陣探測器 19組成。
[0008] 其中：光譜分析模塊1中的視場光闊12與面陣探測器19成物像共輛完善成像關(guān)系， 減小成像鏡頭11的互換對(duì)成像質(zhì)量的影響；多通道聲光可調(diào)濾光器(A0TFH5通過數(shù)據(jù)采集 與處理模塊2中的射頻匹配電路實(shí)現(xiàn)寬譜段的時(shí)間掃描凝視精細(xì)光譜成像探測;采用像面 折轉(zhuǎn)反射鏡18實(shí)現(xiàn)光路折轉(zhuǎn)構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)緊湊型及輕小型;采用通用的標(biāo)準(zhǔn)接口 10,實(shí)現(xiàn)光學(xué) 成像鏡頭的靈活切換。
[0009] 所述的軟件控制模塊3由圖像與光譜實(shí)時(shí)顯示模塊、光譜儀控制模塊、射頻驅(qū)動(dòng)控 制、CCD控制、配置參數(shù)設(shè)置組成。其中：圖像與光譜實(shí)時(shí)顯示模塊和光譜儀控制模塊通過軟 件界面人機(jī)交互完成對(duì)射頻驅(qū)動(dòng)控制、CCD控制、配置參數(shù)設(shè)置的操作;射頻驅(qū)動(dòng)控制通過 串口通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)射頻驅(qū)動(dòng)板指令發(fā)送，完成單頻輸出和掃描輸出的選擇;CCD控制通過 TCP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)CCD相機(jī)指令發(fā)送，完成單帖捕獲和視頻捕獲的選擇;配置參數(shù)設(shè)置通過 本地文件實(shí)現(xiàn)光譜儀配置的控制，完成通信端口、光譜頻率表等設(shè)置。
[0010] 所述的數(shù)據(jù)采集與處理模塊2根據(jù)軟件控制模塊3的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜分析模塊1的 控制，按要求進(jìn)行光譜選擇，在寬譜段范圍內(nèi)采集圖像及光譜信號(hào)，回傳至軟件控制模塊3 存儲(chǔ)及處理。
[0011] 光譜成像儀光電探測原理為：
[0012] 探測目標(biāo)反射的光福射，首先經(jīng)成像鏡頭11將光福射成像于視場光闊12上，由準(zhǔn) 直鏡13準(zhǔn)直，通過格蘭棱鏡一 14起偏為線偏振光，然后由AOTFl 5實(shí)現(xiàn)程控射頻驅(qū)動(dòng)選擇衍 射光波長，被格蘭棱鏡二16檢偏過濾0級(jí)光，再由會(huì)聚鏡17會(huì)聚，經(jīng)像面折轉(zhuǎn)反射鏡18會(huì)聚 至探測器19上，實(shí)現(xiàn)光譜圖像探測。
[0013] 光譜成像儀具體工作步驟如下：
[0014] 1)加電待機(jī)，此時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理模塊2待命工作；
[0015] 2)工作模式設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算；
[0016] 3)通過軟件控制模塊3,人機(jī)交互完成通信端口、光譜頻率表等工作參數(shù)的設(shè)置， 射頻驅(qū)動(dòng)控制、CCD控制等相應(yīng)功能的選擇；
[0017] 4)發(fā)送工作指令;數(shù)據(jù)采集與處理模塊2接收并解譯指令；
[0018] 5)光譜分析模塊1按指令要求工作，采集光譜圖像數(shù)據(jù)；
[0019] 6)軟件控制模塊3按要求進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理；
[0020] 7)待機(jī)，等待下一步工作指令。
[0021 ]本專利技術(shù)解決思路如下:利用通用標(biāo)準(zhǔn)接口，靈活切換不同焦距光學(xué)成像鏡頭， 實(shí)現(xiàn)視場及空間分辨率按應(yīng)用需求選擇及變換;對(duì)視場光闊與面陣探測器進(jìn)行物像共輛完 善成像設(shè)計(jì)，減小光學(xué)鏡頭互換時(shí)對(duì)成像質(zhì)量的影響;利用多射頻復(fù)合聲光可調(diào)驅(qū)動(dòng)技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)較寬譜段范圍的光譜可編程選擇，靈活獲取目標(biāo)光譜圖像數(shù)據(jù);FPGA與上位機(jī)軟件相 結(jié)合，實(shí)現(xiàn)控制及數(shù)據(jù)分析處理;光路折轉(zhuǎn)的光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)緊湊、輕小。
[0022] 本專利的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0023] 1)光學(xué)視場、空間分辨率、成像光譜均可靈活選擇探測。采用聲光可調(diào)濾光器配W 射頻驅(qū)動(dòng)組合，光路折轉(zhuǎn)的光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)緊湊及輕小型寬譜段光譜探測；利用多射頻 復(fù)合聲光可調(diào)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)較寬譜段范圍的光譜可編程選擇。
[0024] 2)輕小、緊湊、使用便攜。利用聲光可調(diào)濾光器分析、結(jié)合光路折轉(zhuǎn)的光機(jī)構(gòu)型設(shè) 計(jì)，實(shí)現(xiàn)輕小、緊湊;FPGA與上位機(jī)軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)便攜的控制及數(shù)據(jù)分析處理。
[0025] 該專利可W實(shí)現(xiàn)高性能就位精細(xì)光譜分析的同時(shí)滿足體積、重量及多種類環(huán)境、 功能的特殊要求，適應(yīng)多應(yīng)用領(lǐng)域的光譜探測及應(yīng)用。
【附圖說明】：
[0026] 圖1為本專利可編程精細(xì)光譜分析系統(tǒng)模型爆炸示意圖，
[0027] 圖中：1----為光譜分析模塊；
[0028] 2----為數(shù)據(jù)采集與控制模塊；
[00巧]4--為安裝基座。
[0030]圖2為本專利中光譜分析模塊1說明圖。
[0031 ]圖3為本專利中軟件控制模塊3說明圖。
[0032] 圖4為本專利的工作流程說明圖。
[0033] 圖5為實(shí)施例光譜分析模塊1光路說明圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0034] 下面結(jié)合圖1~圖5給出本專利