一种高光谱成像系统

技术领域

本发明涉及一种高光谱成像的技术领域，并且特别涉及一种高光谱成像系统。

背景技术

高光谱成像技术将成像与光谱融合，高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据，已经广泛应用于地质、农业、海洋、医学、军事以及大气遥感等各个领域。

由于法布里－珀罗干涉器FPI结合镜头和CMOS sensor与传统镜头的参数设置几乎完全相反，尤其是在大视场角的成像镜头的使用中，例如目前的手机上的镜头视场角可达90°此时若直接设置法布里－珀罗干涉器FPI，单个法布里－珀罗干涉器FPI的入射角度可达45°，无法实现正常光谱解析工作，因此无法保证法布里－珀罗干涉器FPI的CRA主光线角度，导致高光谱成像应用受限，不利于推广。

发明内容

为了解决现有大视场角的成像镜头中无法保证法布里－珀罗干涉器FPI的CRA主光线角度，导致高光谱成像应用受限的技术问题，本发明提出了一种高光谱成像系统，以试图解决大视场角高光谱成像中FPI主光线角度的控制问题。

本发明提出了一种高光谱成像系统，包括镜头组、多个光学滤波器件和成像芯片，多个光学滤波器件围绕光轴阵列设置于镜头组和成像芯片之间的光路上，且多个光学滤波器件远离光轴的一侧朝向镜头组倾斜设置。凭借多个光学滤波器件的阵列倾斜设置能够使得进入光学滤波器件的主光线角度减小并保持原有镜头组的大视场角，实现大视场角的高光谱成像。

优选的，光学滤波器件为法布里－珀罗干涉器FPI。采用法布里－珀罗干涉器FPI可以在传统镜头的基础上实现光谱解析的功能。

进一步优选的，还包括支撑架，多个光学滤波器件固定于支撑架上。凭借支架的设置能够便于光学滤波器件的安装固定。

进一步优选的，支撑架上阵列设置有多个用于固定光学滤波器件的斜面。凭借该设置可以直接在支撑架上设置光学滤波器件的倾斜角度，便于统一设置进入光学滤波器件的主光线角度。

进一步优选的，支撑架上设置有凹陷结构，光学滤波器件的底部与凹陷结构贴合。凭借该结构能够便于光学滤波器件的安装。

进一步优选的，支撑架上设置有多个与多个光学滤波器件对应的通光孔。通光孔的设置保证成像芯片能够有效接收光学滤波器件处理后的图像。

进一步优选的，支撑架内部设置有电路结构，且支撑架的表面设置有与光学滤波器件对应连接的焊点。凭借该结构能够方便地实现光学滤波器件的电路连接。

优选的，多个光学滤波器件方形阵列排布设置。

优选的，每个光学滤波器件的最大入射角为镜头组的出射角的一半。凭借该设置使得进入光学滤波器件的光的主光线角度可以得到准确有效控制。

优选的，镜头组包括镜筒、光学透镜组和滤光片，光学透镜组和滤光片设置于镜筒内。

本发明的高光谱成像系统通过光学滤波器件FPI围绕光轴阵列排布，并通过远离光轴的一侧朝向镜头组倾斜设置使得进入光学滤波器件的主光线角度进一步减小，在已有镜头组的大视场角的基础上确保光学滤波器件的主光线角度在合理的工作角度范围内，并可以借鉴LCD拼接屏的思维，最终在成像芯片上拼接出最终图像，实现大视场角的高光谱成像。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是一个实施例的高光谱成像系统的结构示意图；

图2是一个具体的实施例的支撑架的结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的高光谱成像系统的结构示意图；

图4是根据本发明的一个具体的实施例的支撑架的展开结构图；

图5是根据本发明的一个具体的实施例的4个FPI阵列的结构示意图；

图6是根据本发明的一个具体的实施例的9个FPI阵列的结构示意图；

图7是根据本发明的一个具体的实施例的16个FPI阵列的结构示意图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本发明的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本发明的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本发明的范围由所附权利要求来限定。

图1示出了一个实施例的高光谱成像系统的结构示意图。如图1所示，该高光谱成像系统包括镜头组1、光学滤波器件3、支撑架4和成像芯片5，其中，镜头组1包括有镜筒、光学透镜和滤光片2，光学透镜和滤光片2设置于镜筒内部并且滤光片2设置于光学透镜之后。光学滤波器件3设置于支撑架4上，且二者设置于镜头组1和成像芯片5之间的光路上，在一个具体的实施例中，该镜头组的视场角为60°，此时进入光学滤波器件3的最大入射角度(即主光线角度)为30°。该结构的高光谱成像系统虽然在一定程度上减小了光学滤波器件3的主光线角度，但是对于目前市面上大视场角的传统镜头，进入光学滤波器件的主光线角度还是过大，严重影响光学滤波器件3之后的成像效果，因此受限于镜头的视场角，无法保证光学滤波器件3如法布里-珀罗干涉器FPI的主光线角度。

在具体的实施例中，光学滤波器件3为法布里-珀罗干涉器FPI，在光谱学中法布里-珀罗标准具可以使光谱仪的分辨本领得到显著提升，从而可以分辨出波长差极细微的光谱线，将其与传统的镜头和CMOS sensor组合，可以使得传统的镜头具备高光谱成像的功能，将其集成于手机等移动设备可以充分发挥移动设备的摄像功能。在其他的实施例中，光学滤波器3还可以根据不同的使用场景需求使用除法布里-珀罗干涉器FPI之外的其他基于干涉原理的光学滤波器件，以实现对应的主光线角度的控制效果。

图2示出了一个具体的实施例的支撑架的结构示意图，结合图1，该支撑架4为平面结构，光学滤波器件3直接利用固定于支撑架4的表面，并通过导电胶31连通光学滤波器件3与支撑架4上的焊盘，支撑架4上还设置有与光学滤波器件3对应的通光孔41，保证光路能够有效到达成像芯片5上。其中，支撑架4利用LDS激光直接成型技术，利用数控激光直接把电路图案转移到支撑架的表面，便于实现电路连接。

继续参考图2，图2示出了根据本发明的一个具体实施例的高光谱成像系统的结构示意图，如图2所示，在图1的结构的基础上，将多个光学滤波器件3围绕光轴阵列设置于镜头组1和成像芯片5之间，并且多个光学滤波器件3的远离光轴的一侧部分朝向镜头组1倾斜，使其最大入射角度减小，在该实施例中，同样镜头组1的视场角为60°的情况下，进入光学滤波器件3的最大入射角度(即主光线角度)为15°，保证了光学滤波器件3的光谱解析度。应当认识到，光学滤波器件3的最大入射角度(即主光线角度)可以根据实际情况进行调整，只需根据镜头组1的视场角调整多个光学滤波器件3的远离光轴的一侧部分朝向镜头组1的倾斜角度，即可获得所需的光学滤波器件3的最大入射角度(即主光线角度)，确保光学滤波器件3的最佳工作状态。

在具体的实施例中，图4示出了根据本发明的一个具体的实施例的支撑架的展开结构图，如图4所示，光学滤波器件3固定于支撑架4上，支撑架4设置为与光学滤波器件3相同的倾斜角度，可以直接通过支撑架4上的倾斜面的设置进而控制光学滤波器件3的远离光轴的一侧部分朝向镜头组1倾斜角度，进而实现光学滤波器件3的最大入射角度(即主光线角度)控制。支撑架4上预先设置有的多个光学滤波器件3安装斜面，且安装斜面上设置有凹陷，凹陷位置与光学滤波器件3的底部相互贴合，并且每一个安装工位对应设置有与光学滤波器件3相对的通光孔，并且支撑架4的表面同样预先设置有电路和焊盘，便于光学滤波器件3的电路连接。

继续参考图5、图6和图7，其分别示出了根据本发明的一个具体的实施例的4个、9个和16个FPI阵列的结构示意图，在上述实施例中，光学滤波器件3的FPI阵列采用方形阵列，整体阵列呈凹陷结构，且凹面朝向镜头组，以使得进入单个FPI的最大入射角度(即主光线角度)减小，FPI的尺寸和外形结构可依据FPI阵列的大小进行调整。成像芯片在接收每个FPI的滤波图像后，借鉴LCD拼接屏的思维，最终拼接为完整的图像，最终实现大视场角的镜头下FPI具有小主光线角度的良好成像效果。

本发明的高光谱成像系统将光学滤波器件FPI结合镜头和CMOS sensor，并通过将光学滤波器件FPI以阵列排布的方式围绕光轴布设，并创造性地将光学滤波器件FPI朝向镜头组倾斜设置使得进入光学滤波器件FPI的主光线角度进一步减小，在已有镜头组的大视场角的基础上确保光学滤波器件的主光线角度在合理的工作角度范围内，解决了FPI模组结合镜头和CMOS sensor后与传统镜头参数的设置几乎全部相反造成应用受限的技术难题，通过FPI模组倾斜阵列设置在镜头的大视场角的前提下保证FPI的主光线角度要求，并借鉴LCD拼接屏的思维，最终在成像芯片上拼接出最终FPI滤波后的图像，实现大视场角的高光谱成像效果。

显然，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出对本发明的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本发明的权利要求及其等同形式的范围内，则本发明还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。