一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公布了一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀，包括電控帶通濾光片：待測物體的光線經(jīng)過電控帶通濾光片的濾光作用后，送入到光學(xué)成像鏡頭；光學(xué)成像鏡頭：用于將接收到的目標(biāo)光源轉(zhuǎn)換成光學(xué)圖像并輸送到微透鏡陣列傳感器；微透鏡陣列傳感器：來自待測物體的光線依次經(jīng)過電控帶通濾光片、光學(xué)成像鏡頭到達(dá)微透鏡陣列傳感器的焦平面，微透鏡陣列傳感器采集最終光譜圖像對應(yīng)的空間像素提供對應(yīng)的空間頻率光場信息，并傳輸給圖像采集與處理終端；圖像采集與處理終端：根據(jù)采集到的空間頻率光場信息進(jìn)行成像處理，形成圖像。本實用新型采用微透鏡陣列傳感器來進(jìn)行圖像信息的分解，將圖形的采集光信息進(jìn)行了像素的提升，可以在光譜成像系統(tǒng)光譜圖像時序掃描的同時，獲取每個光譜圖像的光場信息，實現(xiàn)先曝光成像后對焦的數(shù)字變焦功能。
【專利說明】
一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜成像系統(tǒng)可同時獲取目標(biāo)的圖像和光譜信息，是一種“性能完備”、圖譜合一的光學(xué)傳感器，目前的光譜成像儀已經(jīng)可以實現(xiàn)可調(diào)波段多、光譜分辨率強(qiáng)和空間分辨率高等優(yōu)點，適宜應(yīng)用于凝視成像的機(jī)載、星載等遙感領(lǐng)域，為相關(guān)部門提供礦產(chǎn)資源勘察、生物醫(yī)學(xué)診斷、農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測等的新型技術(shù)手段。然而在實際的遙感應(yīng)用中，由于遙感對象的地形地貌分布不均勻，為了獲得清晰的遙感圖像，需要根據(jù)地形地貌進(jìn)行變焦操控。在基于帶通濾光片的光譜成像技術(shù)中，光譜信息是通過帶通濾光片進(jìn)行時序掃描，與需要時間控制的變焦操控存在較大的沖突。
[0003]目前的光譜成像系統(tǒng)在對復(fù)雜地形地貌進(jìn)行遙感時，存在清晰度低、失真的問題?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀，通過解決現(xiàn)有技術(shù)中帶通濾光片進(jìn)行時序掃描與需要時間控制的變焦操控存在沖突的問題，達(dá)到在對復(fù)雜地形地貌進(jìn)行遙感探測時，可以獲得更加清晰和圖像信息和更加準(zhǔn)確的光譜信息，拓展現(xiàn)有光譜成像儀的主要功能與應(yīng)用范圍的目的。
[0005]本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]—種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀，包括:
[0007]電控帶通濾光片:待測物體的光線經(jīng)過電控帶通濾光片的濾光作用后，送入到光學(xué)成像鏡頭；
[0008]光學(xué)成像鏡頭:用于將接收到的目標(biāo)光源轉(zhuǎn)換成光學(xué)圖像并輸送到微透鏡陣列傳感器；
[0009]微透鏡陣列傳感器:來自待測物體的光線依次經(jīng)過電控帶通濾光片、光學(xué)成像鏡頭到達(dá)微透鏡陣列傳感器的焦平面，微透鏡陣列傳感器采集最終光譜圖像對應(yīng)的空間像素提供對應(yīng)的空間頻率光場信息，并傳輸給圖像采集與處理終端；
[0010]圖像采集與處理終端:根據(jù)采集到的空間頻率光場信息進(jìn)行成像處理，形成圖像。
[0011]本實用新型的光譜成像儀，待測物體發(fā)出的光線經(jīng)過電控帶通濾光片的濾光作用后，送入到光學(xué)成像鏡頭進(jìn)行光學(xué)成像，然后將光學(xué)成像的圖像經(jīng)過微透鏡陣列傳感器進(jìn)行圖像信息的采集，同時獲得待測物體的空間圖像信息和每個像素的光場信息，傳輸給圖像采集與處理終端，圖像處理終端利用每個像素的光場信息進(jìn)行數(shù)字變焦操控，可以在一次曝光采集的光譜成像數(shù)據(jù)中實現(xiàn)對不同距離處物體清晰圖像的提取。這種方法在不影響時序光譜成像功能的同時，利用簡單的數(shù)字圖像處理功能和微透鏡陣列傳感器提供的光場光譜圖像信息，實現(xiàn)了一次曝光成像后的數(shù)字變焦操控，提升了光譜成像系統(tǒng)對復(fù)雜地貌、遠(yuǎn)近物體清晰光譜成像的功能。本實用新型采用微透鏡陣列傳感器來進(jìn)行圖像信息的分解，可以在光譜成像系統(tǒng)光譜圖像時序掃描的同時，獲取每個光譜圖像的光場信息，實現(xiàn)先曝光成像后對焦的數(shù)字變焦功能，這種基于微透鏡陣列傳感器的光譜成像儀在遙感應(yīng)用時不需要進(jìn)行變焦操控;克服了現(xiàn)有技術(shù)中的操控矛盾，而且基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像系統(tǒng)，可以應(yīng)用于復(fù)雜地形地貌的光譜成像遙感應(yīng)用，最大限度上保證了復(fù)雜地形地貌光譜圖像信息的獲取，既保障了光學(xué)鏡頭對焦區(qū)域外圖像信息的清晰度，又保障了光譜信息的準(zhǔn)確性。
[0012]微透鏡陣列傳感器包括微透鏡陣列和面成像探測器，光學(xué)成像鏡頭與面成像探測器相對于微透鏡陣列形成共軛。具體的講，通過將光學(xué)成像鏡頭與面成像探測器相對于微透鏡陣列形成共軛，即光學(xué)成像鏡頭位于微透鏡陣列的物平面上，面成像探測器位于微透鏡陣列的像平面上;面成像探測器被微透鏡陣列分割為與單元微透鏡一一對應(yīng)的子區(qū)域，最終圖像的空間分辨率與微透鏡陣列的單元數(shù)目一致;被單元微透鏡分割的面成像探測器子區(qū)域為最終光譜圖像對應(yīng)的空間像素提供對應(yīng)的空間頻率光場信息。
[0013]所述微透鏡陣列是由微透鏡排列構(gòu)成的K*K透鏡矩陣，KG【50，20】的自然數(shù)。進(jìn)一步講，在實際的實驗和理論分析過程中，
【申請人】發(fā)現(xiàn)微透鏡陣列的矩陣單元數(shù)量關(guān)系到圖像的清晰度和數(shù)字變焦操控范圍，經(jīng)過上萬次的實驗和分析，
【申請人】確定了一個較為合理的矩陣范圍，當(dāng)微透鏡排列成5*5?20*20的矩陣時，成像清晰度和變焦操控范圍較高。
[0014]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果:
[0015]I本實用新型一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀，微透鏡陣列傳感器來進(jìn)行圖像信息的分解，同時獲得空間圖像信息和每個像素的光場信息，實現(xiàn)不同距離處物體的清晰數(shù)字成像;可以在光譜成像系統(tǒng)光譜圖像時序掃描的同時，獲取每個光譜圖像的光場信息，實現(xiàn)先曝光成像后對焦的數(shù)字變焦功能，這種基于微透鏡陣列傳感器的光譜成像儀在遙感應(yīng)用時不需要進(jìn)行變焦操控;克服了現(xiàn)有技術(shù)中的操控矛盾，而且基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像系統(tǒng)，可以應(yīng)用于復(fù)雜地形地貌的光譜成像遙感應(yīng)用，最大限度上保證了復(fù)雜地形地貌光譜圖像信息的獲取，既保障了圖像信息的清晰度，又保障了光譜信息的準(zhǔn)確性；
[0016]2本實用新型一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀，光學(xué)成像鏡頭與面成像探測器相對于微透鏡陣列形成共軛，即光學(xué)成像鏡頭位于微透鏡陣列的物平面上，面成像探測器位于微透鏡陣列的像平面上;面成像探測器被微透鏡陣列分割為與單元微透鏡一一對應(yīng)的子區(qū)域，最終圖像的空間分辨率與微透鏡陣列的單元數(shù)目一致;被單元微透鏡分割的面成像探測器子區(qū)域為最終光譜圖像對應(yīng)的空間像素提供對應(yīng)的空間頻率光場信息。
【附圖說明】
[0017]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本實用新型實施例的限定。在附圖中:
[0018]圖1為本實用新型的原理框架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實用新型的單點像素光場信息記錄原理示意圖；
[0020]圖3為本實用新型的多點數(shù)字變焦工作原理示意圖。
[0021]附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱:
[0022]1-待測物體，2-電控帶通濾光片，3-光學(xué)成像鏡頭，4-微透鏡陣列傳感器，401-微透鏡陣列，402-面成像探測器，5-圖像采集與處理終端，6-紅色待測物點，7-綠色待測物點，8-藍(lán)色待測物點。
【具體實施方式】
[0023]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本實用新型的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本實用新型，并不作為對本實用新型的限定。
實施例
[0024]如圖1所示，本實用新型一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀，包括電控帶通濾光片2、光學(xué)成像鏡頭3、微透鏡陣列傳感器4、以及圖像采集與處理終端5，其中微透鏡陣列傳感器4由微透鏡陣列401和面成像探測器402組成；其中，來自待測物體I的光線依次經(jīng)過電控帶通濾光片2、光學(xué)成像鏡頭3到達(dá)微透鏡陣列傳感器4的焦平面，如圖1中的光線所示，待測物體I經(jīng)過光學(xué)成像鏡頭3成像在微透鏡陣列401的位置處，即微透鏡陣列401處于光學(xué)成像鏡頭3的像平面上;光學(xué)成像鏡頭3與面成像探測器402相對于微透鏡陣列401形成共軛，即光學(xué)成像鏡頭3位于微透鏡陣列401的物平面上，面成像探測器402位于微透鏡陣列401的像平面上;面成像探測器402被微透鏡陣列401分割為與單元微透鏡一一對應(yīng)的子區(qū)域，最終圖像的空間分辨率與微透鏡陣列401的單元數(shù)目一致;被單元微透鏡分割的面成像探測器子區(qū)域為最終光譜圖像對應(yīng)的空間像素提供對應(yīng)的空間頻率光場信息，子區(qū)域的陣列為KXK，根據(jù)光譜圖像的空間分辨率要求，K取值范圍在5至20之間較為適宜。
[0025]如圖2是本實用新型基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀的單點像素光場信息記錄原理示意圖，物方A處紅色待測物點6的光線經(jīng)過電控帶通濾光片2、光學(xué)成像鏡頭3成像在微透鏡陣列傳感器4中，微透鏡陣列傳感器4中的面成像探測器在以微透鏡陣列分辨率記錄光譜圖像信息的同時，記錄每個光譜圖像像素的空間頻率光場信息；同理，數(shù)字變焦操作的原理如圖3中所示，物方A處紅色待測物點6、綠色待測物點7、藍(lán)色待測物點8三處分別成像在微透鏡陣列傳感器4上的三個單元微透鏡處，微透鏡陣列傳感器4中的面成像探測器在記錄紅色待測物點6、綠色待測物點7、藍(lán)色待測物點8的光譜圖像信息的同時，根據(jù)單元微透鏡的位置同時以K*K陣列記錄其空間頻率光場信息，這個K*K陣列子區(qū)域中每個像素都對應(yīng)待測物點不同的空間頻率光場信息，通過為每個待測物點數(shù)字選取如圖3中所示的特定空間頻率光場，同時擯棄掉其它光場信息，再組合成新的微透鏡陣列分辨率的光譜圖像，可以獲得物方B處待測物體清晰的像，這對于復(fù)雜地形地貌的遙感測量清晰度具有重大前景，同時這種更加精確的數(shù)字變焦方式可以獲取待測物體更為準(zhǔn)確的光譜信息。
[0026]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限定本實用新型的保護(hù)范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀，其特征在于包括: 電控帶通濾光片(2):待測物體(I)的光線經(jīng)過電控帶通濾光片(2)的濾光作用后，送入到光學(xué)成像鏡頭(3)； 光學(xué)成像鏡頭(3):用于將接收到的目標(biāo)光源轉(zhuǎn)換成光學(xué)圖像并輸送到微透鏡陣列傳感器(4); 微透鏡陣列傳感器(4):來自待測物體(I)的光線依次經(jīng)過電控帶通濾光片(2)、光學(xué)成像鏡頭(3)到達(dá)微透鏡陣列傳感器(4)的焦平面，微透鏡陣列傳感器(4)采集最終光譜圖像對應(yīng)的空間像素提供對應(yīng)的空間頻率光場信息，并傳輸給圖像采集與處理終端(5); 圖像采集與處理終端(5):根據(jù)采集到的空間頻率光場信息進(jìn)行成像處理，形成圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀，其特征在于:微透鏡陣列傳感器(4)包括微透鏡陣列(401)和面成像探測器(402)，光學(xué)成像鏡頭(3)與面成像探測器(402)相對于微透鏡陣列(401)形成共軛。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于微透鏡陣列傳感器的數(shù)字變焦型光譜成像儀，其特征在于:所述微透鏡陣列(401)是由微透鏡排列構(gòu)成的K*K透鏡矩陣，K e【50，20】的自然數(shù)。
【文檔編號】G01J3/28GK205679317SQ201620413615
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月10日 公開號201620413615.1, CN 201620413615, CN 205679317 U, CN 205679317U, CN-U-205679317, CN201620413615, CN201620413615.1, CN205679317 U, CN205679317U
【發(fā)明人】趙祥杰, 沈志學(xué), 段佳著, 曾建成, 黃立賢, 王海峰, 駱永全, 張大勇
【申請人】中國工程物理研究院流體物理研究所