一种手持式多光谱成像仪

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种手持式多光谱成像仪。

背景技术

高光谱成像系统(Hyper Spectral Imaging，简称HSI)，可以获得二维空间图像信息与一维光谱信息构成的具有“图谱合一”特性的三维光谱图像，它既可以观测到二维分布的空间信息，又可以观测到每一个像素点上的光谱信息。

图像空间信息反映目标物的大小、形状和缺陷等外部特征，光谱信息能够反映目标物体的物理和化学成分。因此可以通过分析处理光谱信息来识别物质材料、材质和组份等理化信息，还可以通过图像的空间信息快速地、直观地识别相关位置和范围。

在经典的HSI系统中，由于系统是基于单个分立器件的，为了保证空间分辨率和光谱分辨率，必须引入物镜、光阑、准直器、各类透镜等光学器件，同时必须考虑各种器件之间的聚焦和准直问题，这就导致传统的HSI系统复杂度很高，体积较大，成本很高，应用范围受到极大限制。

再者，为了完成目标特征谱段的滤出，实现目标区分，在光谱成像芯片上集成窄带滤光膜，可实现在所需波段中心滤波的可调谐(如图7所示，窄带滤光膜中心波长在一定范围内可调谐)。但是由于现有高低材料折射率的限制，光谱带宽范围不能覆盖全谱段(如图7所示，截止带宽不到200nm)，存在其他波段信号的干扰如图8所示，除了所需波段外，有其他波段影响。需要外置截止滤波膜(如图9所示)，截止干扰波段。现有外置的截止滤波膜通过单独镀制再贴合到图像传感器上的方式，会减小光谱透过率，导致量子效率降低，影响成像效果。

现有的手持便携式光谱成像设备，通常采用传统机制，即分光与成像部组件分立，包括以下三种常见方案。方案一，在图像传感器前方设置切换的滤光片。该方案在同一时刻仅可对一个谱段进行成像，当需要切换至另一谱段时，通过机械结构将所需的新滤光片移动/转动至成像部件前方。此种设计方式引入了大量可动机构，严重影响了系统的集成度和稳定度，降低了系统无故障运行时间，提高了维修维护难度。同时，可动机构及滤波片阵列的存在，势必导致系统总体积的增加；且获取同一画面的多个谱段图像，需要保持凝视和多次切换滤波片成像，无法实现快速获取完整光谱数据立方体的目的。方案二，在图像传感器前方设置液晶可调谐滤波(LCTF)单元。电压控制LCTF调整至可透过某一波长，之后图像传感器进行成像，再调整至下一波长，如此反复。过程类似于方案一。此种方法除了成像速率低和需要保持凝视的缺点以外，还有光透过率低且视野内透过率不均匀的问题。在通常的光源下，基本上很难对目标进行清晰的成像。方案三，在图像传感器前方设置MEMS-FP腔(微机电系统-法布里珀罗谐振腔)滤波单元。此种方案类似于上述方案二，是通过MEMS机构控制FP腔的厚度，实现不同谱段滤波的效果。此种方案除具备上述缺点外，现有MEMS-FP腔滤波片视场很难做到mm级别以上，且透过率低，仅适用于单点式探测，很难用于成像探测。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪包括图像传感器，图像传感器包括：像素感光单元，像素感光单元用于实现图像采集和数据读出；第一匹配层，第一匹配层一体式沉积生长在像素感光单元上，第一匹配层用于提高图像传感器的中心波长透过率；分光结构，分光结构包括呈周期式分布的多个周期，每个周期包括窄带滤光膜，窄带滤光膜一体式沉积生长在第一匹配层上，窄带滤光膜用于实现在所需波段中心波长的可调谐；窄带滤光膜包括呈马赛克式分布的多个FP腔结构。

进一步地，图像传感器还包括第二匹配层，第二匹配层一体式沉积生长在分光结构上，第二匹配层用于提高图像传感器的中心波长透过率。

进一步地，图像传感器还包括：过渡层，过渡层一体式沉积生长在窄带滤光膜上；第一截止滤波膜，第一截止滤波膜一体式沉积生长在过渡层上，第一截止滤波膜用于截止第一干扰波段；第二截止滤波膜，第二截止滤波膜一体式沉积生长在第一截止滤波膜上，第二截止滤波膜用于截止第二干扰波段，第二干扰波段与第一干扰波段不同；第三截止滤波膜，第三截止滤波膜一体式沉积生长在第二截止滤波膜上，第三截止滤波膜用于截止第三干扰波段，第三干扰波段与第一干扰波段以及第二干扰波段均不同。

进一步地，图像传感器还包括截止滤波片，截止滤波片粘贴设置在窄带滤光膜上，截止滤波片用于截止干扰波段。

进一步地，每个周期还包括偏振方向不同的多个偏振滤波结构，多个偏振滤波结构与多个FP腔结构随机排列。

进一步地，每个周期包括四个偏振滤波结构，四个偏振滤波结构的偏振角度分别为0°、45°、90°和135°。

进一步地，每个周期还包括至少一个全透谱段结构，至少一个全透谱段结构与多个偏振滤波结构和多个FP腔结构随机排列。

进一步地，每个周期还包括至少一个带通宽谱滤波结构，至少一个带通宽谱滤波结构与多个偏振滤波结构和多个FP腔结构随机排列。

进一步地，多个偏振滤波结构一体式沉积生长在第一匹配层上。

进一步地，手持式多光谱成像仪还包括：成像镜组，成像镜组用于透过手持式多光谱成像仪光谱范围指标内的光，将透过的光汇聚在图像传感器上；读出电路，读出电路与图像传感器连接；控制电路，控制电路包括处理器和通讯模块，处理器分别与读出电路和通讯模块连接。

应用本发明的技术方案，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪包括图像传感器，该图像传感器通过将窄带滤光膜一体式沉积生长在第一匹配层上，第一匹配层一体式沉积在像素感光单元上，窄带滤光膜、第一匹配层和像素感光单元之间没有空隙，光谱透过率高，减小了能量损耗，一次制备工艺一体成型，不受外部环境污染，有更好的牢固度，制备效率和集成度更高。在本发明中，由于窄带滤光膜在生长过程中，膜层材料与图像传感器的像素感光单元材料折射率差异较大，直接生长会导致折射率不匹配，中心波长透过率下降，会导致光谱成像系统量子效率低，影响成像效果，因此通过在像素感光单元和窄带滤光膜之间设置匹配层，能够有效克服折射率不匹配，中心波长透过率下降的问题，有效提高图像传感器的中心波长透过率，增加透过率的同时减小带宽，可以在固定的截止范围内制备更多的谱段，获取更多谱线，相邻谱段重叠部分更少，数据处理时更好分辨，能够有效提高手持式多光谱成像仪的光谱分辨能力。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例一提供的图像传感器(窄带滤光膜仅示出一个FP腔结构)的局部结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的图像传感器的分光结构示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的有匹配层和无匹配层的中心波长峰值透过率示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的无匹配层、基底侧匹配层和空气侧匹配层的中心波长峰值透过率示意图；

图5出了根据本发明的具体实施例提供的无匹配层、L匹配层和HL匹配层的中心波长峰值透过率示意图；

图6示出了根据本发明的具体实施例十一提供的图像传感器(窄带滤光膜仅示出一个FP腔结构)的局部结构示意图；

图7示出了现有技术中的窄带滤光膜的滤波示意图；

图8示出了现有技术中存在其他波段信号干扰的窄带滤光膜的滤波示意图；

图9示出了现有技术中截止滤波膜的滤波示意图；

图10示出了现有技术中偏振型图像传感器结构示意图；

图11根据本发明的具体实施例提供的具有偏振滤波结构的分光结构的单周期结构示意图；

图12示出了根据本发明的具体实施例提供的手持式多光谱成像仪的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、像素感光单元；20、窄带滤光膜；30、第一截止滤波膜；40、过渡层；50、第一匹配层；60、第二截止滤波膜；70、第三截止滤波膜。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

作为本发明的第一实施例，如图1所示，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪包括图像传感器，图像传感器包括：像素感光单元10、第一匹配层50和分光结构，像素感光单元10用于实现图像采集和数据读出；第一匹配层50一体式沉积生长在像素感光单元10上，第一匹配层50用于提高图像传感器的中心波长透过率；分光结构包括呈周期式分布的多个周期，每个周期包括窄带滤光膜20，窄带滤光膜20一体式沉积生长在第一匹配层50上，窄带滤光膜20用于实现在所需波段中心波长的可调谐；窄带滤光膜20包括呈马赛克式分布的多个FP腔结构。

在本发明的第一实施例中，该手持式多光谱成像仪包括图像传感器，图像传感器通过将第一匹配层一体式沉积在像素感光单元上，窄带滤光膜一体式沉积生长在第一匹配层上，窄带滤光膜、第一匹配层和像素感光单元之间没有空隙，光谱透过率高，减小了能量损耗，一次制备工艺一体成型，不受外部环境污染，有更好的牢固度，制备效率和集成度更高。在本发明中，由于窄带滤光膜在生长过程中，膜层材料与图像传感器的像素感光单元材料折射率差异较大，直接生长会导致折射率不匹配，中心波长透过率下降，会导致光谱成像系统量子效率低，影响成像效果，因此通过在像素感光单元和窄带滤光膜之间设置匹配层，能够有效克服折射率不匹配，中心波长透过率下降的问题，有效提高图像传感器的中心波长透过率，增加透过率的同时减小带宽，可以在固定的截止范围内制备更多的谱段，获取更多谱线，相邻谱段重叠部分更少。获得较小的带宽后，能够有效提高分光成像系统的光谱分辨能力。光谱分辨能力的提升，一方面拓展了系统的应用场景，使光谱成像物质检测从较为依赖分类识别算法的技术方案，逐渐向精确测量物质在特定波长下的吸收率和反射率转变，大大提高了系统的置信度；另一方面，分光成像系统的分辨能力提高，将后续数据处理的压力进行了缓解。以往需要较多运算资源的分类识别算法可能变得不再必要，系统无需再选择高算力的处理器，降低了系统的成本、功耗、研发难度和可靠程度。

如图2所示，提供了一个具体实施例，分光结构以4*4大小为一个周期，每个周期内包括呈马赛克式分布的16个不同谱段的FP腔结构，通过提取每个周期内同一位置的像素数据进行组合即可得到该位置对应谱段的光谱图像。

作为本发明的第二实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第一实施例的基础上，对图像传感器的膜系结构进行了进一步地限定，在该实施例中，图像传感器的膜系结构配置为Sub|Q1(HL)^S

作为本发明的第三实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第一实施例的基础上，对第一匹配层的膜系结构进行了进一步地限定。在该实施例中，第一匹配层50的膜系结构Q1包括L或HL，H代表高折射率材料，L代表低折射率材料。

具体地，在该第三实施例中，任何一个图像传感器都可用一等效界面来表示，其反射、透射和位相特性由入射介质的导纳和等效界面的组合导纳所确定。基本上任意一层薄膜的作用都可看作是改变等效界面的导纳，从而改变了薄膜系统的光学特性。光学导纳是电场强度和磁场强度的比值，在光学波段，光学导纳在数值上等于折射率。

在基底(折射率为n

上述公式包含了薄膜的全部有用的参数，其中，

由

其中，n为折射率，d为膜层厚度，θ为入射角度。

或其相位厚度为

其中，δ为膜层的相位厚度；

薄膜的特征矩阵为

R＝[(η

其中Y表示光学导纳，R为反射率，η

以目前设计的图像传感器为例，窄带滤光膜相当于一个虚设层，虚设层不影响光谱透过率。膜系结构为

Sub|(HL)^3H 2nL H(LH)^3|Air

在中心波长λ处，中间的腔层是λ/4的偶数倍，对中心波长的透过率没有影响，可以除去，剩下的结构中，两个相邻的高折射率膜层又构成一个λ/2层，也可以除去，按照这种方式，所有的膜层都除去，最后成为Sub|Air的结构。

由于基底折射率和空气折射率的差别，在中心波长处必然存在剩余反射率。可以通过添加匹配层来提高中心波长处的透过率。如图3所示，有匹配层的中心波长峰值透过率明显高于无匹配层的中心波长峰值透过率。虚设层的概念引入，匹配层的设计问题转化为主要和基底有关的增透膜设计。对于Sub|Air，可以在靠近基底一侧或空气一侧添加一个厚的低折射率层充当匹配层。

对于低折射率间隔层(即2L)的情况，半波宽由以下公式表示，

其中，x表示多层反射膜的高折射率层的总数，没有匹配层时，多层反射膜指上层布拉格镜；有匹配层时指2L间隔层之前多层膜，包括间隔层里的高折射率层。当膜系结构为Sub|(HL)^3H 2LH(LH)^3|Air时的X＝4，膜系结构为Sub|HL(HL)^3H 2L H(LH)^3LHL|Air的X＝5，m表示干涉级次，n

根据式(1)，加入匹配层前膜系的半波宽为

在基底侧加入一层低折射率匹配层后的半波宽为

根据在基底侧加入匹配层后的半波宽可知，匹配层的加入提高了滤波片透过率的同时，改变了半波宽，半波宽的变动影响分辨率。在靠近基底的一侧加入匹配层，能够在提高滤波片透过率的同时，减小半波宽。半波宽减小可以在有限的截止范围内制备更多的谱段，减小相邻谱段重叠范围，更好识别不同谱段特征，但是半波宽太窄不利于信号识别，因此可根据实际谱段数及信号识别率需求对半波宽进行调整。

作为本发明的第四实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第一实施例所提供的图像传感器的基础上，引入了第二匹配层。第二匹配层一体式沉积生长在窄带滤光膜20上，第二匹配层用于提高图像传感器的中心波长峰值透过率。在该第四实施例中，其是分别在基底侧设置了第一匹配层以及在空气侧设置了第二匹配层，第一匹配层和第二匹配层的加入在提高了滤波片透过率的同时，改变了半波宽。如图4所示，匹配层加在基底侧可以减小半波宽，加在空气侧可以提高半波宽。为了使加入匹配层的带宽与不加匹配层的带宽接近，可以在基底侧与空气侧同时加入匹配层，由此能够保证半波宽不变。

作为本发明的第五实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第四实施例的基础上，对图像传感器的膜系结构进行了进一步地限定，在该实施例中，膜系结构为Sub|Q1(HL)^S

作为本发明的第六实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第五实施例的基础上，对第一匹配层和第二匹配层进行了具体限定。在该实施例中，膜系结构为Sub|HL(HL)^3H 2nL H(LH)^3LHL|Air，其半波宽为

作为本发明的第七实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第一实施例的基础上，对图像传感器的膜系结构进行了进一步地限定。在该实施例中，基底侧添加一个低折射率层的膜系结构为Sub|L(HL)^3H 2nL H(LH)^3|Air。基底侧添加一个高折射率层和一个低折射率层的膜系结构为Sub|HL(HL)^3H 2nL H(LH)^3|Air。透过率曲线如图5所示，添加匹配层L后，中心波长的透过率为92.78％；添加匹配层HL后，中心波长的透过率为94.68％,透过率更高。

作为本发明的第八实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪包括像素感光单元10、分光结构和第三匹配层，像素感光单元10用于实现图像采集和数据读出，分光结构的窄带滤光膜20一体式沉积生长在像素感光单元10上，窄带滤光膜20用于实现在所需波段中心波长的可调谐，第三匹配层一体式沉积生长在所述窄带滤光膜20上，第三匹配层用于提高所述图像传感器的中心波长峰值透过率。

在本发明的第八实施例中，考虑窄带滤光膜在生长过程中，膜层材料与图像传感器的像素感光单元材料折射率差异较大，直接生长会导致折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降，会导致光谱成像系统量子效率低，影响成像效果，因此通过在窄带滤光膜上层一体式生长第三匹配层，能够有效克服折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降的问题，有效提高图像传感器的中心波长峰值透过率。

作为本发明的第九实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第八实施例的基础上，对图像传感器的膜系结构进行了进一步地限定。在该实施例中，图像传感器的膜系结构为Sub|(HL)^S

具体地，在本发明中，图像传感器的匹配层的膜系结构选择见表1所示。Q1和Q2有对应关系,Q1为L时没有Q2；Q2为L时没有Q1；Q1为HL时,没有Q2或Q2为LHL；Q1为LHL时，Q2为LH。

表1匹配层膜系结构选择

作为本发明的第十实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第八实施例的基础上，对图像传感器的半波宽如何确定进行了限定。在该实施例中，图像传感器的半波宽可根据

作为本发明的第十一实施例，如图6所示，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第一实施例的基础上，对图像传感器作了进一步地限定。在该实施例中，图像传感器还包括过渡层40，过渡层40一体式沉积生长在窄带滤光膜20上；第一截止滤波膜30，第一截止滤波膜30一体式沉积生长在过渡层40上，第一截止滤波膜30用于截止第一干扰波段；第二截止滤波膜60，第二截止滤波膜60一体式沉积生长在第一截止滤波膜30上，第二截止滤波膜60用于截止第二干扰波段，第二干扰波段与第一干扰波段不同；第三截止滤波膜70，第三截止滤波膜70一体式沉积生长在第二截止滤波膜60上，第三截止滤波膜70用于截止第三干扰波段，第三干扰波段与第一干扰波段以及第二干扰波段均不同。

在本发明的第十一实施例中，该图像传感器通过将过渡层一体式沉积生长在窄带滤光膜上，第一截止滤波膜一体式沉积生长在过渡层上，第一截止滤波膜、过渡层、窄带滤光膜和像素感光单元之间没有空隙，光谱透过率高，减小了能量损耗，一次制备工艺一体成型，不受外部环境污染，有更好的牢固度，制备效率和集成度更高；通过将第二截止滤波膜一体式沉积生长在第一截止滤波膜上，将第三截止滤波膜一体式沉积生长在第二截止滤波膜上，能够有效扩宽干扰波段的截止范围。此外，由于窄带滤光膜和第一截止滤波膜两种膜系的等效折射率不同，直接叠加会影响峰值透过率，通过在窄带滤光膜和第一截止滤波膜之间设置过渡层，从而能够有效提高图像传感器的峰值透过率。本发明所提供的图像传感器与现有技术外置贴合截止滤波膜相比，将第一截止滤波膜和窄带滤光膜集成在图像传感器中，极大地提高了量子效率和光谱透过率；将第二截止滤波膜设置在第一截止滤波膜上，将第三截止滤波膜设置在第二截止滤波膜上，能够扩宽干扰波段的截止范围；在窄带滤光膜和第一截止滤波膜之间设置过渡层，有效提高了图像传感器的峰值透过率，能够有效提高手持式多光谱成像仪的光谱分辨能力。

作为本发明的第十二实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第十实施例的基础上，对图像传感器的膜系结构进行了进一步地限定，在该实施例中，图像传感器的膜系结构配置为Sub|HL H(LH)^S

作为本发明的第十三实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是上述实施例的基础上，对图像传感器的膜系结构的参数作了进一步地限定。在该实施例中，S

作为本发明的第十四实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在上述实施例的基础上，对截止滤波膜进行了进一步的限定。在该实施例中，第一截止滤波膜采用半导体工艺一体式沉积生长在窄带滤光膜上，第一截止滤波膜采用半导体工艺相兼容的材料，由此能够进一步地提高光谱透过率高，减小了能量损耗。W1、W2和W3均包括(0.5LH0.5L)或(0.5HL0.5H)。第一截止滤波膜30、第二截止滤波膜60和第三截止滤波膜70均采用高折射率材料和低折射率材料交替沉积制备。第一截止滤波膜30、第二截止滤波膜60和第三截止滤波膜70的高折射率材料均包括Ta

作为本发明的第十五实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在上述实施例的基础上，对窄带滤光膜的结构进行了进一步地限定。通过对窄带滤光膜的结构进行设置，能够有效降低芯片结构的结构复杂度，减小结构体积以及降低成本。在该实施例中，像素感光单元包括多个像素感光部位，多个FP腔结构与多个像素感光部位一一对应设置，多个FP腔结构均采用半导体工艺一次成型，任一FP腔结构包括由下至上依次叠加的第一反射镜、通光层和第二反射镜。第一反射镜、通光层、第二反射镜以及像素感光部位均采用半导体工艺相兼容的材料，且纵向严格对齐整，没有后期贴合的部分。此种方式借助先进的半导体(CMOS)工艺技术，将传统的分光系统直接加工在光电传感器的像素感光单元之上，由于紧密相连，减少了杂散光，光子利用率得到提升，因此速度可以达到百帧每秒，实现光谱视频功能；体积和重量与普通的RGB芯片没有区别，实现手指大小的成像系统；CMOS技术为图像传感器带来了无与伦比的集成度，可以与任何电路进行高集成度的连接，比如手机中嵌入。

作为本发明的第十六实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第十五实施例的基础上，对第一反射镜和第二反射镜进行了进一步地限定。在该实施例中，第一反射镜为下反射镜，第二反射镜为上反射镜，上反射镜采用多层高反射率物质和多层低反射率物质交替制备，形成布拉格反射镜，多次相互交叠，反射率达到99％以上，作为FP腔结构的腔镜。下反射镜具有和上反射镜相同的结构和材料，位于通光层和像素感光部位之间，同样具有高反效果。

作为本发明的第十七实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在上述实施例的基础上，对截止滤波膜的膜层厚度调整系数进行了进一步地限定。该实施例详细描述了截止滤波膜的膜层厚度调整系数的第二种获取方法。在该实施例中，膜层厚度调整系数可根据如下步骤进行获取：确定截止滤波膜的待截止谱段；根据待截止谱段的第一边界阈值和第二边界阈值计算获取待截止谱段的中心波长；根据待截止谱段的中心波长和窄带滤光膜的中心波长确定截止滤波膜的膜层厚度调整系数。

在本发明的第十七实施例中，通过对截止滤波膜进行优化设计，也即通过设计截止滤波膜的膜层厚度调整系数，具体根据待截止谱段的第一边界阈值和第二边界阈值计算获取待截止谱段的中心波长，通过待截止谱段的中心波长和窄带滤光膜的中心波长确定出截止滤波膜的膜层厚度调整系数，这样，将具有该膜层厚度调整系数的截止滤波膜一体沉积在窄带滤光膜上时，能够大大抑制自由光谱范围外的漏光，完成对干扰波段的截止，极大地提高光谱滤波的边模抑制比，提高了图像传感器的光谱成像性能。

作为本发明的第十八实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器是在上述实施例的基础上，对待截止谱段的中心波长进行了限定。在该实施例中，待截止谱段的中心波长可根据

作为本发明的第十九实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器是在上述实施例的基础上，对截止滤波膜的膜层厚度调整系数进行了限定。在该实施例中，截止滤波膜的膜层厚度调整系数n可根据

作为本发明的第二十实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第一实施例的基础上，对图像传感器进行了进一步地限定，在该实施例中，图像传感器还包括截止滤波片，截止滤波片粘贴设置在窄带滤光膜20上，截止滤波片用于截止干扰波段。该实施例通过设计图像传感器中还包括截止滤波片，截止滤波片粘贴设置在窄带滤光膜上，保证了芯片结构可以实现对干扰波段的截止，且大大简化了加工工艺。

在实际应用过程中，特别是对于复杂环境，如户外昼夜交替，雾霾天气等，基于单芯片的微小型光谱成像系统采集到的信息准确度下降，难以对目标进行准确的识别判断。偏振光在机器视觉检测中已经有比较长的历史了，如检测应力点、目标物、减少透明目标物产生的眩光等。典型的偏振系统需要一个或多个额外的偏振片，放置于目标物和相机之间，能检测材料应力，增强对比度，以及分析表面的压痕或划痕。偏振成像技术是一种广泛应用于户外目标探测、工业品质监控的探测技术，根据不同目标偏振特性差异，对目标进行识别。但由于偏振特性可识别的目标种类有限，难以依赖单一的偏振信息对复杂环境背景的多种目标进行准确判断。结合光谱成像探测技术及偏振探测技术，同时采集目标的光谱信息、空间信息及偏振信息，可实现对复杂背景环境、多类目标的实时有效监测识别。为实现偏振信息、光谱信息及成像信息的同时采集，现有技术采用像素级一体式的光子晶体光谱调制结构与沿垂直探测器分光层叠加的0°、45°、90°、135°四角度偏振光子晶格结构构成，如图10所示。可以同时获取目标偏振及光谱成像信息，在利用光谱进行物质识别的同时利用偏振增强对比度，可以一定程度上克服复杂背景环境对识别结果的影响。该技术方案中一体式光子晶体结构，通过改变晶格常数及晶格方向达到偏振及光谱滤波效果，结构复杂，工艺要求高。单像素包含光谱信息及偏振信息，算法解析难度增加。

作为本发明的第二十一实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第一实施例的基础上，对分光结构进行了进一步地限定，在该实施例中，分光结构的每个周期还包括偏振方向不同的多个偏振滤波结构，多个偏振滤波结构与多个FP腔结构随机排列。

在本发明的第二十一实施例中，通过将窄带滤光膜的FP腔结构与偏振滤波结构制备在同一层分光结构中，能够结合偏振增强和光谱识别的优势，提高复杂背景环境下目标识别的准确度，减小了对外部光源、内部后续增益依赖，对各谱段信息还原较为完善，能够有效提高手持式多光谱成像仪的光谱分辨能力。同时该结构简单，制备工艺成熟，光谱信息和偏振信息解析算法简单，可在环境光较为恶劣、严苛的场景下进行应用，如夜晚、炫光或雾霾等情况，在安防监控、军事反伪装应用、户外环境监测和智慧农业等领域，大幅度拓展使用场景。

作为本发明的第二十二实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第二十一实施例的基础上，对多个偏振滤波结构进行了进一步地限定，在该实施例中，每个周期包括四个偏振滤波结构，四个偏振滤波结构的偏振角度分别为0°、45°、90°和135°。

在本发明的第二十二实施例中，偏振滤波结构采用四象限线栅结构，偏振角度分别为0°、45°90°和135°。采用上述四个方向的偏振信息组合可形成目标的完整偏振信息。四象限线栅结构简单，可以采用薄膜制备，制备工艺成熟，能够全面采集目标偏振信息。进一步地，在本发明的第二十二实施例的基础上，可以四象限偏振为基础，进行衍生变化，获取其他类型的偏振滤波结构。

作为本发明的第二十三实施例，如图11所示，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第二十二实施例的基础上，对多个偏振滤波结构进行了进一步地限定，在该实施例中，分光结构以3*3大小为一个周期，每个周期内5个谱段的FP腔结构和4个不同偏振方向的偏振滤波结构交替排列，5个FP腔结构为5个不同谱段，形成四邻域像素光谱和偏振信息。偏振滤波结构与FP腔结构交替排列，获得的目标光谱和偏振信息均匀，有利于恢复真实图像，便于解析计算。根据四邻域像素光谱和偏振信息，可重建本周期偏振和光谱信息，以获取探测器捕捉空间全画面偏振和光谱信息。依据单周期内光谱信息可获取目标在该周期成像的光谱曲线，依据四象限线栅结构可获得该周期内入射光四个方向偏振信息，根据斯托克斯公式可以计算出该周期内目标的光偏振方向，近而得到全画幅偏振图像。

上述技术方案涉及的包含偏振滤波结构的分光结构，应用于图像传感器上，通过相邻像素光谱信息和偏振信息，可对本谱段偏振和光谱信息进行插值求解。在获得二维图像光谱信息的同时可以获得偏振信息，通过光谱及偏振融合信息进行目标分类识别，极大提高了特殊环境背景下目标识别准确度。

作为本发明的第二十四实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第二十一实施例的基础上，对分光结构进行了进一步地限定，在该实施例中，分光结构的每个周期还包括至少一个全透谱段结构，至少一个全透谱段结构与多个偏振滤波结构和多个FP腔结构随机排列。

在本发明的第二十四实施例中，分光结构的每个周期还包括至少一个全透谱段结构，全透谱段对入射光无分光作用，可获取全谱段信息，用于对光谱滤波结构的信号补偿，特别是当该分光结构皆为FP腔结构时，图像传感器获取的光信号较弱，通过在分光结构中增加全透谱段结构可以提高图像传感器信噪比，能够有效提高手持式多光谱成像仪的光谱分辨能力。

作为本发明的第二十五实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在上述实施例的基础上，对分光结构进行了进一步地限定，在该实施例中，分光结构的每个周期还包括至少一个带通宽谱滤波结构，至少一个带通宽谱滤波结构与多个偏振滤波结构和多个FP腔结构随机排列。在该实施例中，通过合理设计宽谱滤波范围可透过特定的谱段，进而满足不同应用场景需求。

作为本发明的第二十六实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在上述实施例的基础上，对多个偏振滤波结构的生长方式进行了进一步地限定，在该实施例中，多个偏振滤波结构一体式沉积生长在第一匹配层50上。通过将多个偏振滤波结构一体式沉积生长在第一匹配层50上，能够减少分光层的体积，减小了能量损耗，提高牢固度、制备效率和集成度，能够有效提高手持式多光谱成像仪的光谱分辨能力。

作为本发明的第二十七实施例，如图12所示，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在上述实施例的基础上，对手持式多光谱成像仪进行了进一步地限定，在该实施例中，手持式多光谱成像仪还包括成像镜组、读出电路和控制电路，成像镜组用于透过手持式多光谱成像仪光谱范围指标内的光，将透过的光汇聚在图像传感器上；读出电路与图像传感器连接；控制电路包括处理器和通讯模块，处理器分别与读出电路和通讯模块连接。

在本发明的第二十七实施例中，该手持式多光谱成像仪通过利用成像镜组透过手持式多光谱成像仪光谱范围指标内的光并汇聚在图像传感器上，利用读出电路读取图像传感器的像素数据，利用控制电路的处理器进行图像处理，并通过通讯模块对外传递最终的图像处理结果实现了对光谱图像的获取。本实施例提出的手持式多光谱成像仪，具有如上所述实施例中手持式多光谱成像仪的全部有益效果，窄带滤光膜、第一匹配层和像素感光单元之间没有空隙，光谱透过率高，减小了能量损耗，一次制备工艺一体成型，不受外部环境污染，有更好的牢固度，制备效率和集成度更高，极大地提高了量子效率和光谱透过率，能够有效提高手持式多光谱成像仪的光谱分辨能力。

作为本发明的第二十八实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第二十七实施例的基础上，对手持式多光谱成像仪进行了进一步地限定，在该实施例中，控制电路还包括供电模块，供电模块分别与图像传感器、处理器和通讯模块连接，以为手持式多光谱成像仪提供电力支持。

作为本发明的第二十九实施例，提供了一种手持式多光谱成像仪，该手持式多光谱成像仪是在第二十七实施例的基础上，对手持式多光谱成像仪进行了进一步地限定，在该实施例中，通讯模块可配置为无线通讯模块，无线通讯模块与外部设备进行信号交互。例如，通讯模块可产生Wifi热点与外部配套的智能手机进行连接，以传输图像信号和控制信息。在该具体实施例中，人机交互部分由智能手机通过专用APP实现。配套的智能手机所运行的专用APP具备以下功能：通过手机Wifi功能，连接手持式多光谱成像仪进行数据交互；具备图形化人机交互界面，可实时展示手持式多光谱成像仪获取的光谱图像；具备获取图像控件，点击获取图像控件后可将当前帧图像保存至手机存储空间；具备查看特定谱段功能，点击查看特定谱段后可只展示所选谱段的图像；具备查看特定位置光谱反射曲线的功能，点击查看特定位置光谱反射曲线后显示当前位置光谱反射曲线。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。