通用型便携式地物光谱成像仪的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本专利设及一种地物光谱成像仪，特别指便携式，成像镜头可切换的通用型地物 光谱成像设备。该仪器通过视场光阔与面阵探测器的物像共辆完善成像，声光可调凝视光 谱可编程选择，通用标准接口切换光学成像镜头的技术途径，达到轻小型、便携式的应用目 的，特别适合多种类环境、功能要求下的精细光谱成像分析及处理应用。
【背景技术】：
[0002] 形态测量和光谱测量是研究地物结构和成份的主要方法，其基于不同地物目标的 光谱特征，W及微粒的尺寸和形状各不相同。成像光谱仪能在获取所观测目标二维空间信 息的同时，W高光谱分辨率获取目标像素的光谱信息，在光谱图像立方体上有可能直接区 分和识别目标，在±地资源调查、农林业、环境与灾害监测、海洋、数字城市等国民经济方面 和伪装识别、作战环境侦察等军事应用方面均有重要应用价值。
[0003] 图像能提供地面目标精细的几何特性，而光谱提供目标的光谱信息，能通过对地 物几何及特征光谱的判别进行目标识别和分类。成像光谱技术起源于上世纪70年代初期的 多光谱遥感技术，并随着对地观测应用的需要而发展，成像光谱仪是一种在成像光谱技术 基础上发展起来的新概念光学有效载荷。随着光学、计算机和焦平面探测器等基础技术的 不断发展，成像光谱技术在九十年代取得了巨大进步。成像光谱仪器的研制及应用，最终目 标是实现对地物目标的几何及光谱特征的测量，与遥感相机或光谱仪相比，在目标识别方 面具有更强的能力。
[0004] 在过去=十年里，成像光谱技术获得巨大的发展，在矿产资源、环境监测、精准农 林和军事国防等方面发挥了重要的作用，但是，成像光谱仪技术的进一步发展，不断适应了 应用部口对精细遥感数据的需求。但是，成像光谱仪的进一步广泛应用，存在W下几方面的 局限性：1)空间分辨率与不同应用需求矛盾，数据的空间分辨率选择及可控性不强，特别是 不适应便携式地物图像及谱图获取应用对图像及光谱的需求；2)仪器体积及重量不断增 加，相对于便携式地物探测应用矛盾突出。
【发明内容】
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[0005] 本专利提供一种通用型便携式地物光谱成像仪，在实现精细光谱分析的同时，满 足体积、重量及多种类环境、应用的要求。本专利主要特点为：1)通过视场光阔与面阵探测 器的物像共辆完善成像，减小光学镜头互换时对成像质量的影响；2)采用多射频复合声光 可调驱动技术实现光谱可编程选择，获取目标图像及光谱数据;3)采用光路折转的光机构 型设计，进一步实现紧凑、轻小;4)采用通用标准接口，实现光学成像镜头的灵活切换;5)采 用FPGA结合上位机的软件控制，实现数据获取及分析处理。
[0006] 本专利提供的通用型便携式地物光谱成像仪包括光谱分析模块1、数据采集与处 理模块2、软件控制模块3、安装基座4，如附图1及附图2所示。
[0007] 所述的光谱分析模块1由成像镜头11、标准接口 10、视场光阔12、准直镜13、格兰棱 镜一 14、声光可调滤光器A0TF15、格兰棱镜二16、会聚镜17、像面折转反射镜18、面阵探测器 19组成。
[0008] 其中：光谱分析模块1中的视场光阔12与面阵探测器19成物像共辆完善成像关系， 减小成像镜头11的互换对成像质量的影响；多通道声光可调滤光器(A0TFH5通过数据采集 与处理模块2中的射频匹配电路实现宽谱段的时间扫描凝视精细光谱成像探测;采用像面 折转反射镜18实现光路折转构型，实现紧凑型及轻小型;采用通用的标准接口 10,实现光学 成像镜头的灵活切换。
[0009] 所述的软件控制模块3由图像与光谱实时显示模块、光谱仪控制模块、射频驱动控 制、CCD控制、配置参数设置组成。其中：图像与光谱实时显示模块和光谱仪控制模块通过软 件界面人机交互完成对射频驱动控制、CCD控制、配置参数设置的操作;射频驱动控制通过 串口通信协议实现射频驱动板指令发送，完成单频输出和扫描输出的选择;CCD控制通过 TCP通信协议实现CCD相机指令发送，完成单帖捕获和视频捕获的选择;配置参数设置通过 本地文件实现光谱仪配置的控制，完成通信端口、光谱频率表等设置。
[0010] 所述的数据采集与处理模块2根据软件控制模块3的指令实现对光谱分析模块1的 控制，按要求进行光谱选择，在宽谱段范围内采集图像及光谱信号，回传至软件控制模块3 存储及处理。
[0011] 光谱成像仪光电探测原理为：
[0012] 探测目标反射的光福射，首先经成像镜头11将光福射成像于视场光阔12上，由准 直镜13准直，通过格兰棱镜一 14起偏为线偏振光，然后由AOTFl 5实现程控射频驱动选择衍 射光波长，被格兰棱镜二16检偏过滤0级光，再由会聚镜17会聚，经像面折转反射镜18会聚 至探测器19上，实现光谱图像探测。
[0013] 光谱成像仪具体工作步骤如下：
[0014] 1)加电待机，此时数据采集与处理模块2待命工作；
[0015] 2)工作模式设计及参数计算；
[0016] 3)通过软件控制模块3,人机交互完成通信端口、光谱频率表等工作参数的设置， 射频驱动控制、CCD控制等相应功能的选择；
[0017] 4)发送工作指令;数据采集与处理模块2接收并解译指令；
[0018] 5)光谱分析模块1按指令要求工作，采集光谱图像数据；
[0019] 6)软件控制模块3按要求进行数据分析及处理；
[0020] 7)待机，等待下一步工作指令。
[0021 ]本专利技术解决思路如下:利用通用标准接口，灵活切换不同焦距光学成像镜头， 实现视场及空间分辨率按应用需求选择及变换;对视场光阔与面阵探测器进行物像共辆完 善成像设计，减小光学镜头互换时对成像质量的影响;利用多射频复合声光可调驱动技术， 实现较宽谱段范围的光谱可编程选择，灵活获取目标光谱图像数据;FPGA与上位机软件相 结合，实现控制及数据分析处理;光路折转的光机构型设计，进一步实现紧凑、轻小。
[0022] 本专利的优点在于：
[0023] 1)光学视场、空间分辨率、成像光谱均可灵活选择探测。采用声光可调滤光器配W 射频驱动组合，光路折转的光机构型设计实现紧凑及轻小型宽谱段光谱探测；利用多射频 复合声光可调驱动技术，实现较宽谱段范围的光谱可编程选择。
[0024] 2)轻小、紧凑、使用便携。利用声光可调滤光器分析、结合光路折转的光机构型设 计，实现轻小、紧凑;FPGA与上位机软件相结合，实现便携的控制及数据分析处理。
[0025] 该专利可W实现高性能就位精细光谱分析的同时满足体积、重量及多种类环境、 功能的特殊要求，适应多应用领域的光谱探测及应用。
【附图说明】：
[0026] 图1为本专利可编程精细光谱分析系统模型爆炸示意图，
[0027] 图中：1----为光谱分析模块；
[0028] 2----为数据采集与控制模块；
[00巧]4--为安装基座。
[0030]图2为本专利中光谱分析模块1说明图。
[0031 ]图3为本专利中软件控制模块3说明图。
[0032] 图4为本专利的工作流程说明图。
[0033] 图5为实施例光谱分析模块1光路说明图。
【具体实施方式】：
[0034] 下面结合图1~图5给出本专利