一種能夠實現轉鏡線性掃描的高光譜成像系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于旋翼無人機高光譜成像技術領域，具體涉及一種能夠實現轉鏡線性掃描的高光譜成像系統。
【背景技術】
[0002]遙感技術的發(fā)展經歷了全色(黑白)、彩色攝像，多光譜掃描成像階段之后，在上世紀80年代初期出現的成像光譜技術，使光學遙感進入了一個嶄新的階段一高光譜遙感階段。所謂的高光譜遙感指的是具有高光譜分辨率的遙感科學和技術，成像光譜技術所使用的成像光譜儀能在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外和短波紅外區(qū)域，獲取許多非常窄且光譜連續(xù)的圖像數據。成像光譜儀為每一個像元提供數十至數百個窄波段的光譜信息，由此而組成一條完整而且連續(xù)的光譜曲線。成像光譜儀將視場范圍內觀察的各種地物以完整的光譜曲線記錄下來，而對所記錄的數據進行分析處理和研究是多學科所要進行的工作。
[0003]高光譜成像技術是一門新興的交叉學科，建立在傳感器、計算機等技術的基礎上，涉及到電磁波理論、光譜學與色度學、物理/幾何光學、電子工程、信息學、地理學、農學、大氣科學、海洋學等多門學科。電磁波理論則是遙感技術的物理基礎，電磁波與地表物質的相互作用機理、電磁波在不同介質中的傳輸模型和對其進行接收、分析是綜合各門學科和技術的核心所在。針對不同地物的不同光譜特征，利用高光譜圖像可有效地區(qū)分和識別地物，因而被廣泛地應用于大氣探測、醫(yī)學診斷、物質分類和目標識別、國土資源、生態(tài)、環(huán)境監(jiān)測和城市遙感中。
[0004]被測物體通過鏡頭后被光譜相機捕獲，得到一個一維的影像以及相應的光譜信息，而當電控移動平帶帶動樣品連續(xù)運行時，則能夠得到樣品目標物的連續(xù)的一維影像以及實時的光譜信息，或者是當掃描轉鏡在轉動的時候，同樣也能夠得到目標物的連續(xù)的一維影像。而在此過程中所有的數據會被計算機軟件所記錄，最終獲得一個包含了影像信息和光譜信息的三維數據立方體。通過對數據的分析，可針對目標樣品的品質信息進行檢測。
[0005]成像系統是將成像光譜儀和面陣單色相機完整的結合在一起的系統。成像光譜儀每次成目標上一條線的像，并對進入光譜儀狹縫的入射光進行分光，分光使每個光譜成分對應探測器線陣上的一個像素點。因此，每一幅來自光譜相機的圖像結構包括一個維度(空間軸)上的線陣像素和在另一個維度(光譜軸)上的光譜分布(光在光譜元素的強度)。這樣，經過準確校準并固定在一起成像光譜儀和面陣單色相機、成像鏡頭以及平移機構帶動樣品的運動或者通過掃描轉鏡的轉動則可獲取目標物的三維的高光譜數據。
[0006]成像光譜儀使用一個新的準直(軸上)光學構造和一個體全息透射光柵。此構造能夠提供非常高的衍射效率和很好的線性光譜，而獨立的入射光偏振是由于軸上操作引起的幾何畸變和透射光學的應用引起的。透射光柵是人造全息在兩塊玻璃粘板之間的DCG(DiChromated Gelat1n)上的。DCG有很高的衍射效率、較低的色散、較低的多級衍射和不產生鬼線。
[0007]成像過程為:每次成一條線上的像后(X方向)，在驅動電機驅動掃描轉鏡轉動的過程中，排列的探測器掃出一條帶狀軌跡從而完成縱向掃描(Y方向)。綜合橫縱掃描信息就可以得到樣品的三維高光譜圖像數據。此數據包含了:影像、輻射與光譜三方面的特征信息。
[0008]現有技術中掃描轉鏡的設置方式有兩種:
一、成像系統將成像鏡頭、成像光譜儀和面陣單色相機完整的結合在一起，固定在系統內，三者之間無任何相對運動。在成像鏡頭前方設計一個掃描轉鏡，入射光束經轉鏡偏轉后進入鏡頭，再通過成像光譜儀的分光，最后將被測物體的像呈在探測器上。成像光譜儀每次成目標上一條線的像，并分光使每個光譜成分對應線陣上的一個像素點。因此，每一幅來自光譜相機的圖像結構包括一個維度(空間軸)上的線陣像素和在另一個維度(光譜軸)上的光譜分布(光在光譜元素的強度)。而要將目標對象所有的像都呈現在面陣探測器上，需要目標物和成像系統之間有一個相對的運動。通過安裝在成像鏡頭前方的掃描轉鏡來完成光譜的掃描。
[0009]二、因成像光譜儀每次成目標上一條線的像，所以在鏡頭前面設計安裝了一個與鏡頭焦平面成45度的平面反射鏡，如圖4所示。成像光譜儀前端的入射狹縫與其放置在前端的反射掃描鏡鏡面是平行的，正對鏡面中心線。而掃描轉鏡也是一個平面反射鏡，通過機械結構件將其安裝在一個轉動齒輪上，轉動齒輪可以在驅動轉鏡轉動電機的轉動下，掃描轉鏡就可以進行360度的旋轉，這樣目標物的信息經過反射鏡之后進入成像系統，被探測器采集并生成高光譜圖像。這種模式可以實現大范圍的掃描，不再受到鏡頭視場以及其他因素的影響而導致無法實現寬視場范圍的圖像采集和掃描，設計結構非常緊湊諧調。在此轉鏡掃描模式下，利用驅動電機帶動掃描轉鏡下端的齒輪，使轉鏡以其轉鏡鏡面的中心軸為軸心進行360度旋轉。通過轉鏡的旋轉，使不同目標物的影像依次進入由成像鏡頭一一成像光譜儀和探測器組成的成像系統，最后呈現出一幅完整的高光譜影像數據。平面鏡是一個不改變光束單心性能，并能完善成像的光學系統，所成的像與原大小相同并對稱與鏡面。
[0010]然而，利用轉鏡模式采集圖像時，掃描轉鏡以中小軸為圓心做圓周運動，轉鏡映射到不同距離的目標物體所表現出來的線速度卻不一樣。在圖像采集的起始端和末端所對應掃描轉鏡轉動時其掃描線速度會比較大，而在圖像采集的中間部分時，其掃描的線速度則會相對小一些；也就是說出現一個類似余弦函數關系的一個速度關系；在起始端和末端進行采集掃描時，需要很高的掃描線速度與之匹配；而速度不一致會導致圖像發(fā)生畸變。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明為了解決現有技術因掃描起始端和末端與中間段速度不一致而導致圖像發(fā)生畸變的問題，而提供一種能夠實現轉鏡線性掃描的高光譜成像系統，在掃描的起始端、末端還是中間段，對拍攝的圖像都能夠保持一個恒定的速度進行，避免了圖像發(fā)生畸變。
[0012]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種能夠實現轉鏡線性掃描的高光譜成像系統，包括底板，所述底板上安裝有掃描轉鏡裝置，所述掃描轉鏡裝置包括固定安裝的轉軸，所述轉軸上套設有能夠在轉軸上轉動的轉鏡鏡片底座，所述轉鏡鏡片底座上安裝有轉鏡鏡片，所述轉鏡鏡片底座連接有推桿，所述推桿連接有直線電機。
[0013]所述底板上開設有用于光線進入轉鏡鏡片的開口。
[0014]所述推桿經轉接件與直線電機連接。
[0015]所述轉鏡鏡片底座上連接有限位片，所述限位片配設有限位開關底座。
[0016]所述掃描轉鏡裝置還包括安裝在底板上的固定座，所述轉軸套設在固定座上。
[0017]所述限位開關底座固定安裝在固定座上。
[0018]所述底板上還設有用于遠程監(jiān)控圖像采集區(qū)域和質量的輔助攝像頭。
[0019]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明的能夠實現轉鏡線性掃描的高光譜成像系統，包括底板，所述底板上安裝有掃描轉鏡裝置，所述掃描轉鏡裝置包括固定安裝的轉軸，所述轉軸上套設有能夠在轉軸上轉動的轉鏡鏡片底座，所述轉鏡鏡片底座上安裝有轉鏡鏡片，所述轉鏡鏡片底座連接有推桿，所述推桿連接有直線電機。本發(fā)明通過直線電機的加速-減速-加速的運動狀態(tài)能夠彌補轉鏡掃描時，在圖像采集掃描的起始端和末端與中間段時掃描速度表面不均勻的問題，使得在掃描的起始端、末端還是中間段，對拍攝的圖像都能夠保持一個恒定的速度進行，避免了圖像發(fā)生畸變。
【附圖說明】
[0020]圖1是現有的轉鏡掃描結構的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明的結構示意圖；
圖3是本發(fā)明的掃描轉鏡裝置的結構示意圖，并且是去除掉固定座時的結構示意圖； 圖4是圖3的另一角度結構示意圖；
圖5是本發(fā)明的直線電機速度函數關系；
圖6是本發(fā)明的圖像掃描速度函數關系；
圖7是本發(fā)明的直線電機與圖像掃描速度的函數關系；
圖中標記:01、掃描轉鏡，02、轉動齒輪，03、平移機構(平移導軌)，04、電動調焦驅動電機，05、手動調焦，06、固定鏡頭支架，07、成像鏡頭，08、驅動轉鏡轉動電機，09、平面反射鏡，
1、底板，2、相機，3、成像光譜儀，4、成像鏡頭，5、固定座，6、直線電機，7、轉接件，8