光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統設計的制作方法
【專利摘要】光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統，包括聚焦透鏡組、阿達瑪模板、柱面鏡透鏡組、單色儀及面陣光電檢測器；設有驅動阿達瑪模板的驅動機構；光電檢測器為面陣灰度檢測器；柱面鏡透鏡組為將來自聚焦透鏡組的編碼光信號準直聚焦并壓縮成與面陣灰度檢測器尺寸相匹配的光斑的透鏡組。本發明所設計的光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統，將阿達瑪變換技術與光譜直讀設計整合，實現了快速獲取光譜數據立方的能力。本發明的系統具有良好的系統擴展性與兼容性，可以與其他鏡頭、光學系統相連接。
【專利說明】
光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統設計
技術領域
[0001]本發明涉及光譜測量技術與光學成像技術領域，具體涉及一種光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統設計。
【背景技術】
[0002]阿達瑪變換技術是一種類似傅立葉變換的調制技術，具有多通道檢測和成像的能力。采用這種技術能夠顯著提高信噪比。雖然這種技術已開始應用于光譜分析和顯微成像領域，但目前應用這種技術的儀器功能較為單一，光譜分析與成像能力的集成化很差。如專利ZL94107751.9公開了一種阿達瑪變換低分辨成像系統，應用15 X 17的二維阿達瑪模板，獲得15X17像素的顯微圖像。專利01106536.2公開了一種高分辨阿達瑪變換顯微圖像分析儀，應用511—維模板與512像素線陣CCD，獲得了 511 X 512像素的高分辨圖像，但不具備獲取高分辨光譜的能力。專利申請200810047025.1公開了一種能夠獲得511 X512像素的高分辨圖像，也能進行高分辨光譜掃描的系統，但是因為光譜掃描和阿達瑪編碼過程需要分別獨立的進行機械運動，使得獲取一個有高光譜分辨率的光譜數據立方需要消耗較多的時間，從而影響實際使用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就是克服上述現有技術的不足，提供一種光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統，該系統無需反復機械往復運動即能快捷獲取具有高光譜分辨率的光譜數據立方。
[0004]本發明提供的技術方案是:光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統，包括聚焦透鏡組、阿達瑪模板、柱面鏡透鏡組、單色儀及面陣灰度光電檢測器。
[0005]上述聚焦透鏡組是將入射光聚焦在阿達瑪模板表面，從而對光信號進行編碼。
[0006]上述柱面透鏡組為將編碼光信號準直聚焦并壓縮成與面陣光電檢測器尺寸相匹配的光斑的透鏡組。
[0007]上述阿達瑪模板為受電動機驅動螺桿傳動機構驅動作直線運動的、具有一組明暗相間條紋的透射式一維循環編碼模板，或者可顯示為明暗相間條紋的液晶面板。
[0008]上述單色儀為光柵式單色儀，單色儀上不設有驅動光柵進行光譜掃描的驅動機構和出射狹縫，面陣灰度光電檢測器安裝在原出射狹縫的位置。
[0009]本發明將阿達瑪變換技術與光譜直讀技術整合，成功地實現了快速獲取高光譜分辨率的光譜數據立方。
[0010]
【附圖說明】
[0011 ]圖1光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統結構圖。
[0012]圖2采集到的光譜數據立方示意圖。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]本發明涉及的光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統由聚焦透鏡組、阿達瑪模板、柱面鏡透鏡組、單色儀及面陣灰度光電檢測器及相關控制的軟硬件組成。
[0015]其成像步驟如圖1所示。聚焦透鏡組I將入射光信號透過光闌2準直、聚焦在阿達瑪模板3上。經過阿達瑪模板3調制的光4，被柱面鏡組5在單色儀入射狹縫處聚焦成為適合入射狹縫尺寸的矩形光斑6。進入單色儀7后光柵分光，色散光束聚焦到面陣灰度光電檢測器8的像敏單元表面。計算機工作站調控模板控制機構進行阿達瑪編碼，并接收面陣灰度光電檢測器8的信號，通過程序轉換最終獲得相關數據9。
[0016]如圖2所示。可以從光譜數據立方里以某一波長抽出對應圖像信息，也可以某一像素或某一區域的若干像素，抽出對應光譜信息。
[0017]根據該設計，進入系統的光通過阿達瑪模板逐一調制，全部被CCD記錄后方生成圖像。
[0018]根據該設計，阿達瑪變換所使用的阿達瑪模板為一維循環模板。按照編碼規則使用透明、不透明對應I和O生成一組條碼。可以使用蝕刻工藝加工鍍有金屬的玻璃片制作模板，阿達瑪變換時，模板應沿編碼方向做一維步進產生所需碼元。步進的步長應與編碼單元長度相同，步數應與碼元數相等。也可以使用液晶面板作為模板，變換時不需移動模板，只需按照碼元結構依次生成所需的編碼條碼。
[0019]根據該設計，面陣灰度光電檢測器尺寸應與柱面鏡聚焦光斑相匹配，光電檢測器寬度尺寸應大于或等于聚焦光斑高度尺寸以保證自單色儀出射狹縫出射的光能夠完全的被面陣灰度光電檢測器所獲取。檢測器長度方向生成光譜信息，檢測器長度尺寸與單色儀規格決定了系統獲取光譜的范圍，像元尺寸與單色儀規格決定了系統的光譜分辨率。
[0020]根據該設計，面陣灰度光電檢測器的寬方向像素數即為生成圖像的Y方向像素數，而阿達瑪編碼碼元數計為生成圖像的X方向像素數。根據試樣的具體要求，本發明可以選擇不同的圖像分辨率，如128 X 128像素、256 X 256像素和512 X 512像素等。
[0021]根據該設計，生成的阿達瑪圖像用灰度級來衡量每一像素的光譜強度。
[0022]根據該設計，當采用不同線數的光柵，即可得到不同的光譜掃描范圍及對應的光譜分辨率。
[0023]根據該設計，當采用不同長度的面陣檢測器，即可得到不同的光譜獲取范圍。
[0024]根據該設計，當采用不同像元長度的面陣檢測器，即可得到不同的光譜分辨率。
[0025]實施例1:阿達瑪變換熒光光譜顯微成像儀
阿達瑪變換熒光光譜顯微成像儀，將來自顯微鏡的熒光成像信號引入光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統，成像光透過光闌、聚焦于計算機控制的阿達瑪模板表面編碼，經過阿達瑪模板調制的光，被柱面鏡組在單色儀入射狹縫處聚焦成為適合入射狹縫尺寸的細長矩形光斑。該光斑即樣品的清晰編碼圖像，且定位于單色儀的入射狹縫刀口正中央。進入單色儀后光柵分光，色散光束聚焦到面陣灰度光電檢測器的像敏單元表面。計算機工作站調控阿達瑪模板進行阿達瑪編碼，并接收面陣灰度光電檢測器的信號，通過程序轉換最終獲得顯微鏡下檢測到的熒光光譜數據立方。該數據立方的每一個像素均可提取對應的熒光光譜信息。通過光譜去混合方法，可以將熒光標記區域進行提取。
【主權項】
1.光譜直讀型阿達瑪變換光譜成像系統設計，包括聚焦透鏡組、阿達瑪模板、柱面鏡透鏡組、單色儀及面陣光電檢測器，其特征是:設有驅動阿達瑪模板的驅動機構;光電檢測器為面陣灰度檢測器;柱面鏡透鏡組為將來自入射光信號準直聚焦并壓縮成與面陣檢測器尺寸相匹配的光斑的透鏡組。2.根據權利要求1所述的光譜成像系統，其特征是:阿達瑪模板為受驅動機構驅動輪替的、具有一組明暗相間條紋的透射式一維循環編碼模板。3.根據權利要求2所述的模板，其體征是為受電動機驅動螺桿傳動機構驅動作直線運動的、具有一組明暗相間條紋的透射式一維循環編碼模板，或者是可顯示為明暗相間條紋的液晶面板。4.根據權利要求1所述的光譜成像系統，其特征是:光電檢測器為灰度面陣光電檢測器。5.根據權利要求1所述的光譜成像系統，其特征是:單色儀上不設有驅動光柵進行光譜掃描的驅動機構和出射狹縫，面陣灰度光電檢測器安裝在原出射狹縫的位置。6.根據權利要求1所述的光譜成像系統，其特征是:輸出的數據為光譜數據立方，包含三個維度的數據信息，即長、寬、波長。7.可以從光譜數據立方中以某一波長抽出對應圖像信息，也可以某一像素或某一區域的若干像素，抽出對應光譜信息。8.根據權利要求6所述的光譜數據立方，其長維度的像素數，由阿達瑪編碼解碼的位數決定，其寬維度的像素數，由面陣檢測器高度方向的像素數決定，其波長方向的單元數，由面陣檢測器寬方向的像素數決定。
【文檔編號】G01N21/01GK106092319SQ201610731258
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月26日
【發明人】徐昊
【申請人】中國科學院寒區旱區環境與工程研究所