高光谱扫描仪

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种高光谱扫描仪。

背景技术

在政策的推动下，我国文物修复工作取得了明显的突破。高光谱扫描仪在文物修复过程中发挥着越来越重要的作用。在古代，颜料多以矿物质、植物等自然物质为主。经过几千年智慧的积累，同一种颜色可以用不同的物质表达，比如红色就包括朱砂、赭石、铅丹等物质；黄色则可能是纤铁矿、密陀僧或雌黄等。所以，即便看到同一种颜色，也无法立刻判断到底是哪种物质产生的颜色。高光谱扫描仪获取的不再是可见光的图像，而是颜色光谱反射率的信息，所以不会产生普通相机在不同光源照射下呈现相同颜色的色差问题，进而完整且真实地还原色彩与壁画的状态。不仅如此，近红外波段到短波红外波段对颜料有穿透能力，这意味着高光谱成像仪可以透视壁画。

但是现有技术中的文物高光谱系统体积较大，难以拆卸和收缩，不便于在室外场景下使用。同时，现有文物高光谱系统的成像光谱单元的视场范围固定，使用的通用性较差。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种高光谱扫描仪。

本发明提供了一种高光谱扫描仪，包括电源单元、成像光谱单元、光源单元、样品单元和伸缩支撑单元。

其中，所述电源单元、所述成像光谱单元以及所述光源单元均可拆卸地安装在所述伸缩支撑单元上，所述伸缩支撑单元能够升降以调整所述成像光谱单元的高度位置，所述伸缩支撑单元还能够与地面连接，所述样品单元置于所述伸缩支撑单元的下方。

根据本发明提供的一种高光谱扫描仪，所述伸缩支撑单元包括支撑平台和伸缩杆，所述伸缩杆的一端可拆卸地安装在所述支撑平台的底面上，另一端能够安装在地面上，所述电源单元、所述成像光谱单元以及所述光源单元均可拆卸地安装在所述支撑平台上。

根据本发明提供的一种高光谱扫描仪，所述支撑平台包括中心支撑平台和延伸支撑平台，在所述中心支撑平台上沿水平方向设有凹槽，所述延伸支撑平台配合安装在所述凹槽内，且所述延伸支撑平台的内侧面与所述凹槽的内侧面之间安装有驱动所述延伸支撑平台向外延伸展开的液压缸。

根据本发明提供的一种高光谱扫描仪，所述延伸支撑平台设有两个，两个所述延伸支撑平台对称设置在所述中心支撑平台的两侧。

根据本发明提供的一种高光谱扫描仪，所述光谱扫描仪还包括位移台单元，所述样品单元放置在所述位移台单元上，所述位移台单元能够移动，以使所述样品单元经过所述成像光谱单元的视场进行光谱扫描工作。

根据本发明提供的一种高光谱扫描仪，所述光源单元为卤素灯或氘卤灯光源。

根据本发明提供的一种高光谱扫描仪，所述成像光谱单元为可见近红外波段光谱仪、短波红外波段光谱仪或红外波段光谱仪。

根据本发明提供的一种高光谱扫描仪，还包括步进电机，所述步进电机能够驱动所述位移台单元移动。

根据本发明提供的一种高光谱扫描仪，所述中心支撑平台和所述延伸支撑平台均由镁铝合金制成。

根据本发明提供的一种高光谱扫描仪，所述伸缩杆由钛合金制成。

在本发明提供的高光谱扫描仪中，所述电源单元、所述成像光谱单元以及所述光源单元均可拆卸地安装在所述伸缩支撑单元上，所述伸缩支撑单元能够升降以调整所述成像光谱单元的高度位置，所述伸缩支撑单元还能够与地面连接，所述样品单元置于所述伸缩支撑单元的下方。

通过这种结构设置，该高光谱扫描仪能够进行快速拆卸和安装，适合在不同的环境下进行光谱成像。且该高光谱扫描仪具有升降功能，可以调整成像光谱单元的视场范围，具有较高的通用性。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的高光谱扫描仪的结构示意图一；

图2是本发明提供的高光谱扫描仪的结构示意图二。

附图标记：

100：电源单元； 200：成像光谱单元； 300：光源单元；

400：样品单元； 500：伸缩支撑单元； 501：支撑平台；

502：伸缩杆； 601：中心支撑平台； 602：延伸支撑平台；

603：液压缸； 701：安装座； 702：固定件；

800：位移台单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。

下面结合图1和图2对本发明实施例提供的一种高光谱扫描仪进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特别限定。

本发明的实施例提供了一种高光谱扫描仪，如图1所示，该高光谱扫描仪包括：电源单元100、成像光谱单元200、光源单元300、样品单元400和伸缩支撑单元500。

其中，电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300均可拆卸地安装在伸缩支撑单元500上，伸缩支撑单元500能够升降以调整成像光谱单元200的高度位置，伸缩支撑单元500还能够与地面连接，样品单元400置于伸缩支撑单元500的下方。

具体使用时，将伸缩支撑单元500固定安装在地面上，并将电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300使用螺钉固定安装在伸缩支撑单元500上，调节伸缩支撑单元500的高度位置，进而调整成像光谱单元200的高度位置，使成像光谱单元200具有合适的视场范围。将样品单元400放置在伸缩支撑单元500的下方。开启电源单元100，使成像光谱单元200、光源单元300接通电源。光源单元300照射在样品单元400上，样品单元400上的反射光被成像光谱单元200吸收并分析得出光谱曲线和相关数据。

此处应当说明的是，对于电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300与伸缩支撑单元500的连接方式，本发明不作任何限定。例如，电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300与伸缩支撑单元500之间可以使用螺钉连接。

此处还应说明的是，对于伸缩支撑单元500与地面的安装方式，本发明也不作任何限定。例如，伸缩支撑单元500可以通过安装座701和固定件702进行固定安装。固定件702包括但不限于螺钉。

通过这种结构设置，该高光谱扫描仪能够进行快速拆卸和安装，适合在不同的环境下进行光谱成像。且该高光谱扫描仪具有升降功能，可以调整成像光谱单元200的视场范围，具有较高的通用性。

在本发明的一个实施例中，伸缩支撑单元500包括支撑平台501和伸缩杆502，伸缩杆502的一端可拆卸地安装在支撑平台501的底面上，另一端能够安装在地面上，电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300均可拆卸地安装在支撑平台501上。

例如，如图1所示，电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300均可拆卸地安装在支撑平台501上，伸缩杆502的一端可拆卸地安装在支撑平台501的底面上，另一端能够安装在地面上。样品单元400置于支撑平台501的下方。

使用时，将伸缩杆502的一端固定连接在地面上，另一端固定连接在支撑平台501的底面上，且伸缩杆502与支撑平台501相互垂直安装。将电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300使用螺钉固定安装在支撑平台501上。调节伸缩杆502至合适高度，将样品单元400放置在支撑平台501的下方。开启电源单元100，使成像光谱单元200、光源单元300接通电源。光源单元300照射在样品单元400上，样品单元400上的反射光被成像光谱单元200吸收并分析得出光谱曲线和相关数据。

在本发明的一个实施例中，支撑平台501包括中心支撑平台601和延伸支撑平台602，在中心支撑平台601上沿水平方向设有凹槽，延伸支撑平台602配合安装在凹槽内，且延伸支撑平台602的内侧面与凹槽的内侧面之间安装有驱动延伸支撑平台602向外延伸展开的液压缸603。

具体地，如图1所示，伸缩杆502的一端安装在中心支撑平台601的底部中心位置，伸缩杆502的另一端固定安装在地面上，将电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300根据具体需求安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。样品单元400置于中心支撑平601台或者延伸支撑平台602的下方。

操作时，将伸缩杆502的一端固定连接在地面上，另一端连接在中心支撑平台601的底面中心位置处，且伸缩杆502与中心支撑平台601相互垂直安装。调节液压缸603，使得延伸支撑平台602伸出于中心支撑平台601一定的长度。

将电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300使用螺钉固定安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。调节伸缩杆502至合适高度，将样品单元400放置在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602的下方。

开启电源单元100，使成像光谱单元200、光源单元300接通电源。光源单元300照射在样品单元400上，样品单元400上的反射光被成像光谱单元200吸收并分析得出光谱曲线和相关数据。

根据以上描述的实施例可知，该光谱扫描仪中设置有延伸支撑平台602，能够根据实际需要自由扩大支撑平台的面积，能够为成像光谱单元200、光源单元300接通电源提供更大的放置空间。同时，该平台上还可以放置其他必需品。

在本发明的一个实施例中，延伸支撑平台602设有两个，两个延伸支撑平台602对称设置在中心支撑平台601的两侧。

如图1所示，在中心支撑平台601的左右两侧上，沿水平方向均设有凹槽，每个凹槽内均配合安装有延伸支撑平台602，且每个延伸支撑平台602的内侧面与其相配合的凹槽的内侧面之间均安装有驱动延伸支撑平台602向外延伸展开的液压缸603。

在本发明的又一实施例中，光谱扫描仪还包括位移台单元800，样品单元400放置在位移台单元800上，位移台单元800能够移动，以使样品单元400经过成像光谱单元200的视场进行光谱扫描工作。

如图2所示，在中心支撑平台601的左、右两侧上，沿水平方向均设有凹槽，每个凹槽内均配合安装有延伸支撑平台602，且每个延伸支撑平台602的内侧面与其相配合的凹槽的内侧面之间均安装有驱动延伸支撑平台602向外延伸展开的液压缸603。伸缩杆502的一端安装在中心支撑平台601的底部中心位置，伸缩杆502的另一端固定安装在地面上，将电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300根据具体需求安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。

样品单元400放置在位移台单元800上，位移台单元800能够移动，以使样品单元400经过成像光谱单元200的视场进行光谱扫描工作。

具体使用时，将伸缩杆502的一端固定连接在地面上，另一端连接在中心支撑平台601的底面中心位置处，且伸缩杆502与中心支撑平台601相互垂直安装。调节液压缸603，使得各延伸支撑平台602伸出于中心支撑平台601一定的长度。

将电源单元100、成像光谱单元200以及光源单元300使用螺钉固定安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。调节伸缩杆502至合适高度，将样品单元400放置位移台单元800上。

开启电源单元100，使成像光谱单元200、光源单元300接通电源。移动位移台单元800，使样品单元400经过成像光谱单元200的视场进行光谱扫描工作，光源单元300照射在样品单元400上，样品单元400上的反射光被成像光谱单元200吸收并分析得出光谱曲线和相关数据。

根据以上描述的实施例可知，通过设置位移台单元800，能够使得样品单元400在成像光谱单元200的视场中移动，进而能够对样品单元400进行不同角度的扫描。

在本发明的一个实施例中，该高光谱扫描仪还包括步进电机，步进电机能够驱动位移台单元800移动。

此处应当理解的是，驱动位移台单元800移动的部件包括但不限于步进电机，其他精度较高、线性度较好的驱动部件均应在本发明的保护范围之内。

在本发明的一个实施例中，光源单元300为卤素灯或氘卤灯光源。

例如，在中心支撑平台601的左、右两侧上，沿水平方向均设有凹槽，每个凹槽内均配合安装有延伸支撑平台602，且每个延伸支撑平台602的内侧面与其相配合的凹槽的内侧面之间均安装有驱动延伸支撑平台602向外延伸展开的液压缸603。伸缩杆502的一端安装在中心支撑平台601的底部中心位置，伸缩杆502的另一端固定安装在地面上。

将电源单元100、成像光谱单元200以及卤素灯根据具体需求安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。

样品单元400放置在位移台单元800上，位移台单元800能够移动，以使样品单元400经过成像光谱单元200的视场进行光谱扫描工作。

具体使用时，将伸缩杆502的一端固定连接在地面上，另一端连接在中心支撑平台601的底面中心位置处，且伸缩杆502与中心支撑平台601相互垂直安装。调节液压缸603，使得各延伸支撑平台602伸出于中心支撑平台601一定的长度。

将电源单元100、成像光谱单元200以及卤素灯使用螺钉固定安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。调节伸缩杆502至合适高度，将样品单元400放置位移台单元800上。

开启电源单元100，使成像光谱单元200、卤素灯接通电源。移动位移台单元800，使样品单元400经过成像光谱单元200的视场进行光谱扫描工作，卤素灯的灯光照射在样品单元400上，样品单元400上的反射光被成像光谱单元200吸收并分析得出光谱曲线和相关数据。

又例如，在中心支撑平台601的左、右两侧上，沿水平方向均设有凹槽，每个凹槽内均配合安装有延伸支撑平台602，且每个延伸支撑平台602的内侧面与其相配合的凹槽的内侧面之间均安装有驱动延伸支撑平台602向外延伸展开的液压缸603。伸缩杆502的一端安装在中心支撑平台601的底部中心位置，伸缩杆502的另一端固定安装在地面上。

将电源单元100、成像光谱单元200以及氘卤灯光源根据具体需求安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。

样品单元400放置在位移台单元800上，位移台单元800能够移动，以使样品单元400经过成像光谱单元200的视场进行光谱扫描工作。

具体使用时，将伸缩杆502的一端固定连接在地面上，另一端连接在中心支撑平台601的底面中心位置处，且伸缩杆502与中心支撑平台601相互垂直安装。调节液压缸603，使得各延伸支撑平台602伸出于中心支撑平台601一定的长度。

将电源单元100、成像光谱单元200以及氘卤灯光源使用螺钉固定安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。调节伸缩杆502至合适高度，将样品单元400放置位移台单元800上。

开启电源单元100，使成像光谱单元200、氘卤灯光源接通电源。移动位移台单元800，使样品单元400经过成像光谱单元200的视场进行光谱扫描工作，氘卤灯光源的灯光照射在样品单元400上，样品单元400上的反射光被成像光谱单元200吸收并分析得出光谱曲线和相关数据。

此处应当说明的是，光源单元300包括但不限于卤素灯和氘卤灯光源。

在本发明的一个实施例中，成像光谱单元200为可见近红外波段光谱仪、短波红外波段光谱仪或红外波段光谱仪。

具体地，在中心支撑平台601的左、右两侧上，沿水平方向均设有凹槽，每个凹槽内均配合安装有延伸支撑平台602，且每个延伸支撑平台602的内侧面与其相配合的凹槽的内侧面之间均安装有驱动延伸支撑平台602向外延伸展开的液压缸603。伸缩杆502的一端安装在中心支撑平台601的底部中心位置，伸缩杆502的另一端固定安装在地面上。

将电源单元100、短波红外波段光谱仪以及卤素灯根据具体需求安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。

样品单元400放置在位移台单元800上，位移台单元800能够移动，以使样品单元400经过短波红外波段光谱仪的视场进行光谱扫描工作。

具体使用时，将伸缩杆502的一端固定连接在地面上，另一端连接在中心支撑平台601的底面中心位置处，且伸缩杆502与中心支撑平台601相互垂直安装。调节液压缸603，使得各延伸支撑平台602伸出于中心支撑平台601一定的长度。

将电源单元100、短波红外波段光谱仪以及卤素灯使用螺钉固定安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。调节伸缩杆502至合适高度，将样品单元400放置位移台单元800上。

开启电源单元100，使短波红外波段光谱仪、卤素灯接通电源。移动位移台单元800，使样品单元400经过短波红外波段光谱仪的视场进行光谱扫描工作，卤素灯的灯光照射在样品单元400上，样品单元400上的反射光被短波红外波段光谱仪吸收并分析得出光谱曲线和相关数据。

此处应当说明的是，成像光谱单元200包括但不限于可见近红外波段光谱仪、短波红外波段光谱仪和红外波段光谱仪。

在本发明的一个实施例中，中心支撑平台601和延伸支撑平台602均由镁铝合金制成。

在本发明的又一实施例中，伸缩杆502由钛合金制成。

具体而言，在中心支撑平台601的左、右两侧上，沿水平方向均设有凹槽，每个凹槽内均配合安装有延伸支撑平台602，且每个延伸支撑平台602的内侧面与其相配合的凹槽的内侧面之间均安装有驱动延伸支撑平台602向外延伸展开的液压缸603。伸缩杆502的一端安装在中心支撑平台601的底部中心位置，伸缩杆502的另一端固定安装在地面上。

其中，中心支撑平台601和延伸支撑平台602均由镁铝合金制成，伸缩杆502由钛合金制成。

此处应当说明的是，中心支撑平台601、延伸支撑平台602以及伸缩杆502的制作材料包括但不限于镁铝合金和钛合金。其他轻质金属材料均应在本发明的保护范围之内。

将电源单元100、可见近红外波段光谱仪以及卤素灯根据具体需求安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。

样品单元400放置在位移台单元800上，位移台单元800能够移动，以使样品单元400经过可见近红外波段光谱仪的视场进行光谱扫描工作。

具体使用时，将伸缩杆502的一端固定连接在地面上，另一端连接在中心支撑平台601的底面中心位置处，且伸缩杆502与中心支撑平台601相互垂直安装。调节液压缸603，使得各延伸支撑平台602伸出于中心支撑平台601一定的长度。

将电源单元100、可见近红外波段光谱仪以及卤素灯使用螺钉固定安装在中心支撑平台601或者延伸支撑平台602上。调节伸缩杆502至合适高度，将样品单元400放置位移台单元800上。

开启电源单元100，使可见近红外波段光谱仪、卤素灯接通电源。移动位移台单元800，使样品单元400经过可见近红外波段光谱仪的视场进行光谱扫描工作，卤素灯的灯光照射在样品单元400上，样品单元400上的反射光被可见近红外波段光谱仪吸收并分析得出光谱曲线和相关数据。

根据以上描述的实施例可知，通过使用轻质金属材料制作中心支撑平台601、延伸支撑平台602和伸缩杆502，提升了该高光谱扫描仪的便携性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。