通用型便攜式地物光譜成像儀的制作方法
【技術領域】：
[0001] 本專利設及一種地物光譜成像儀，特別指便攜式，成像鏡頭可切換的通用型地物 光譜成像設備。該儀器通過視場光闊與面陣探測器的物像共輛完善成像，聲光可調凝視光 譜可編程選擇，通用標準接口切換光學成像鏡頭的技術途徑，達到輕小型、便攜式的應用目 的，特別適合多種類環境、功能要求下的精細光譜成像分析及處理應用。
【背景技術】：
[0002] 形態測量和光譜測量是研究地物結構和成份的主要方法，其基于不同地物目標的 光譜特征，W及微粒的尺寸和形狀各不相同。成像光譜儀能在獲取所觀測目標二維空間信 息的同時，W高光譜分辨率獲取目標像素的光譜信息，在光譜圖像立方體上有可能直接區 分和識別目標，在±地資源調查、農林業、環境與災害監測、海洋、數字城市等國民經濟方面 和偽裝識別、作戰環境偵察等軍事應用方面均有重要應用價值。
[0003] 圖像能提供地面目標精細的幾何特性，而光譜提供目標的光譜信息，能通過對地 物幾何及特征光譜的判別進行目標識別和分類。成像光譜技術起源于上世紀70年代初期的 多光譜遙感技術，并隨著對地觀測應用的需要而發展，成像光譜儀是一種在成像光譜技術 基礎上發展起來的新概念光學有效載荷。隨著光學、計算機和焦平面探測器等基礎技術的 不斷發展，成像光譜技術在九十年代取得了巨大進步。成像光譜儀器的研制及應用，最終目 標是實現對地物目標的幾何及光譜特征的測量，與遙感相機或光譜儀相比，在目標識別方 面具有更強的能力。
[0004] 在過去=十年里，成像光譜技術獲得巨大的發展，在礦產資源、環境監測、精準農 林和軍事國防等方面發揮了重要的作用，但是，成像光譜儀技術的進一步發展，不斷適應了 應用部口對精細遙感數據的需求。但是，成像光譜儀的進一步廣泛應用，存在W下幾方面的 局限性：1)空間分辨率與不同應用需求矛盾，數據的空間分辨率選擇及可控性不強，特別是 不適應便攜式地物圖像及譜圖獲取應用對圖像及光譜的需求；2)儀器體積及重量不斷增 加，相對于便攜式地物探測應用矛盾突出。
【發明內容】
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[0005] 本專利提供一種通用型便攜式地物光譜成像儀，在實現精細光譜分析的同時，滿 足體積、重量及多種類環境、應用的要求。本專利主要特點為：1)通過視場光闊與面陣探測 器的物像共輛完善成像，減小光學鏡頭互換時對成像質量的影響；2)采用多射頻復合聲光 可調驅動技術實現光譜可編程選擇，獲取目標圖像及光譜數據;3)采用光路折轉的光機構 型設計，進一步實現緊湊、輕小;4)采用通用標準接口，實現光學成像鏡頭的靈活切換;5)采 用FPGA結合上位機的軟件控制，實現數據獲取及分析處理。
[0006] 本專利提供的通用型便攜式地物光譜成像儀包括光譜分析模塊1、數據采集與處 理模塊2、軟件控制模塊3、安裝基座4，如附圖1及附圖2所示。
[0007] 所述的光譜分析模塊1由成像鏡頭11、標準接口 10、視場光闊12、準直鏡13、格蘭棱 鏡一 14、聲光可調濾光器A0TF15、格蘭棱鏡二16、會聚鏡17、像面折轉反射鏡18、面陣探測器 19組成。
[0008] 其中：光譜分析模塊1中的視場光闊12與面陣探測器19成物像共輛完善成像關系， 減小成像鏡頭11的互換對成像質量的影響；多通道聲光可調濾光器(A0TFH5通過數據采集 與處理模塊2中的射頻匹配電路實現寬譜段的時間掃描凝視精細光譜成像探測;采用像面 折轉反射鏡18實現光路折轉構型，實現緊湊型及輕小型;采用通用的標準接口 10,實現光學 成像鏡頭的靈活切換。
[0009] 所述的軟件控制模塊3由圖像與光譜實時顯示模塊、光譜儀控制模塊、射頻驅動控 制、CCD控制、配置參數設置組成。其中：圖像與光譜實時顯示模塊和光譜儀控制模塊通過軟 件界面人機交互完成對射頻驅動控制、CCD控制、配置參數設置的操作;射頻驅動控制通過 串口通信協議實現射頻驅動板指令發送，完成單頻輸出和掃描輸出的選擇;CCD控制通過 TCP通信協議實現CCD相機指令發送，完成單帖捕獲和視頻捕獲的選擇;配置參數設置通過 本地文件實現光譜儀配置的控制，完成通信端口、光譜頻率表等設置。
[0010] 所述的數據采集與處理模塊2根據軟件控制模塊3的指令實現對光譜分析模塊1的 控制，按要求進行光譜選擇，在寬譜段范圍內采集圖像及光譜信號，回傳至軟件控制模塊3 存儲及處理。
[0011] 光譜成像儀光電探測原理為：
[0012] 探測目標反射的光福射，首先經成像鏡頭11將光福射成像于視場光闊12上，由準 直鏡13準直，通過格蘭棱鏡一 14起偏為線偏振光，然后由AOTFl 5實現程控射頻驅動選擇衍 射光波長，被格蘭棱鏡二16檢偏過濾0級光，再由會聚鏡17會聚，經像面折轉反射鏡18會聚 至探測器19上，實現光譜圖像探測。
[0013] 光譜成像儀具體工作步驟如下：
[0014] 1)加電待機，此時數據采集與處理模塊2待命工作；
[0015] 2)工作模式設計及參數計算；
[0016] 3)通過軟件控制模塊3,人機交互完成通信端口、光譜頻率表等工作參數的設置， 射頻驅動控制、CCD控制等相應功能的選擇；
[0017] 4)發送工作指令;數據采集與處理模塊2接收并解譯指令；
[0018] 5)光譜分析模塊1按指令要求工作，采集光譜圖像數據；
[0019] 6)軟件控制模塊3按要求進行數據分析及處理；
[0020] 7)待機，等待下一步工作指令。
[0021 ]本專利技術解決思路如下:利用通用標準接口，靈活切換不同焦距光學成像鏡頭， 實現視場及空間分辨率按應用需求選擇及變換;對視場光闊與面陣探測器進行物像共輛完 善成像設計，減小光學鏡頭互換時對成像質量的影響;利用多射頻復合聲光可調驅動技術， 實現較寬譜段范圍的光譜可編程選擇，靈活獲取目標光譜圖像數據;FPGA與上位機軟件相 結合，實現控制及數據分析處理;光路折轉的光機構型設計，進一步實現緊湊、輕小。
[0022] 本專利的優點在于：
[0023] 1)光學視場、空間分辨率、成像光譜均可靈活選擇探測。采用聲光可調濾光器配W 射頻驅動組合，光路折轉的光機構型設計實現緊湊及輕小型寬譜段光譜探測；利用多射頻 復合聲光可調驅動技術，實現較寬譜段范圍的光譜可編程選擇。
[0024] 2)輕小、緊湊、使用便攜。利用聲光可調濾光器分析、結合光路折轉的光機構型設 計，實現輕小、緊湊;FPGA與上位機軟件相結合，實現便攜的控制及數據分析處理。
[0025] 該專利可W實現高性能就位精細光譜分析的同時滿足體積、重量及多種類環境、 功能的特殊要求，適應多應用領域的光譜探測及應用。
【附圖說明】：
[0026] 圖1為本專利可編程精細光譜分析系統模型爆炸示意圖，
[0027] 圖中：1----為光譜分析模塊；
[0028] 2----為數據采集與控制模塊；
[00巧]4--為安裝基座。
[0030]圖2為本專利中光譜分析模塊1說明圖。
[0031 ]圖3為本專利中軟件控制模塊3說明圖。
[0032] 圖4為本專利的工作流程說明圖。
[0033] 圖5為實施例光譜分析模塊1光路說明圖。
【具體實施方式】：
[0034] 下面結合圖1~圖5給出本專利