凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统

1.本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统。


背景技术：

2.输变电设备由于其生产环境的特殊性和使用环境的复杂性，不可避免会产生一些表面缺陷，会对其整体品质造成影响。输变电设备在运行过程中，在电气、机械和化学等因素综合作用下，会出现包括机械损伤和温度升高( 红外特性) 或者局部电场改变造成的电晕/电弧(紫外特性)，设备的运行状态直接影响着输电系统的安全可靠运行，因此对电网设备检测提出了更高的要求。输变电零部件作为电网工业产品的组成部分，其使用质量也直接影响着国民生活和工业生产的精度水准，工业零部件的缺陷检测以及筛查越来越不可缺失。
3.过去数十年，对电网设备缺陷检测主要以单个缺陷特征提取识别为主。随着光学图像融合技术的发展，三光融合也逐步应用于缺陷的全方位检测中，可提供更丰富的光学检测信息，进而提高检测的准确率。然而， 现有的红外测温、紫外电晕检测及可见光成像手段缺少高光谱数据，难以检测物质属性等。
4.高光谱成像是指一种能够采集连续上百个波段的成像方式，其获取的图像上的每一个像素点都对应着一条光谱曲线。高光谱成像技术集合了成像技术和光谱技术的优点，在信息的丰富程度上有了极大的提高。然而，现有结合多维探测与光谱检测的设备大多采集速度慢，设备单一分离而难以集成（导致数据融合误差大），另外通常的高光谱图谱成像获得的高光谱立方是基于光栅分光与移动推扫式的，但是成本高且不利于三光融合监测仪器的应用。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本实用新型的目的是提高一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统，三光融合数据和高光谱图像可融合成高光谱三光融合图像。
6.一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统，包括凝视型高光谱成像模块、紫外光成像单元、可见光成像单元、红外光成像单元，构成待测物体的两个光路；其中，待测物体的光路一，可见光成像单元与紫外光成像单元或红外光成像单元共轭耦合；待测物体的光路二，凝视型高光谱成像模块与红外光成像单元或紫外光成像单元共轭耦合。
7.凝视型高光谱成像模块、紫外光成像单元、可见光成像单元、红外光成像单元分别连接到数据处理单元。
8.所述的一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统，待测物体的光路一，可见光成像单元与紫外光光成像单元共轭耦合；待测物体的光路二，凝视型高光谱成像模块与红外光成像单元共轭耦合。
9.所述的一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统，包括第一准直透镜、紫外
光-可见光分束镜、第一成像透镜、可见光图像传感器、第二成像透镜、紫外光图像传感器、第二准直透镜、可见光-红外光分束镜、第三成像透镜、可调谐滤波片、光谱图像传感器、第四成像透镜、红外图像传感器；待测物体的光路一经过第一准直透镜，再经过紫外光-可见光分束镜，可将可见光部分透射到第一成像透镜，在第一成像透镜的焦点位置附近成像于可见光图像传感器，紫外光部分被紫外光-可见光分束镜反射，经过第二成像透镜成像于紫外光图像传感器。
10.所述的一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统，待测物体的光路二经过第二准直透镜变为平行光，再经过可见光-红外光分束镜，可见光部分透射经过第三成像透镜和可调谐滤波片，在光谱图像传感器中得到波长随时间变化的高光谱图谱数据，而红外光部分经过可见光-红外光分束镜反射，通过第四成像透镜，在红外图像传感器中成像。
11.所述的可调谐滤波片位于第三成像透镜的焦点位置。
12.所述的紫外光-可见光分束镜或可见光-红外光分束镜包括分束镜与45度反射镜。
13.本实用新型的有益效果：
14.本实用新型结合可调谐滤波片光谱探测和紫外光、可见光、红外光图像探测，克服了其他设备采集速度慢，设备单一分离，数据融合误差大等缺点。本发明兼具速度（采集速度：优于1秒）和精度(在硬件上共轭采集来保证多模态图像融合精度)及多波段融合成像的三重优势，高光谱三光融合成像技术有效提升了探测信号的多维性和集成性，在设计上与不同波段采集单元集成融合在一起。本发明在实时监测高压输变电领域设备缺陷及周围环境物体的识别分类分析等具有重要应用价值。
附图说明
15.图1是一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统实例的一个原理示意图；
16.图中，第一准直透镜1、紫外光-可见光分束镜2、第一成像透镜3、可见光高速图像传感器4、第二成像透镜5、紫外光图像传感器6、第二准直透镜7、可见光-红外光分束镜8、第三成像透镜9、可调谐滤波片10、光谱图像传感器11、第四成像透镜12、红外图像传感器13。
17.图2是一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统的一个结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图以及具体实例对本实用新型进行说明，但所述实例不用于限制本实用新型。
19.一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统，包括凝视型高光谱成像模块、紫外光成像单元、可见光成像单元、红外光成像单元，构成待测物体的两个光路；上述模块和成像单元在不违反常识的情况下，可两两组合。其中，待测物体的光路一，可见光成像单元与紫外光成像单元或红外光成像单元共轭耦合；待测物体的光路二，凝视型高光谱成像模块与红外光成像单元或紫外光成像单元共轭耦合。另外，很显然，对于本领域技术人员来说，光路中可包括分光、共轭光路模块或者其它光学构件。
20.凝视型高光谱成像模块、紫外光成像单元、可见光成像单元、红外光成像单元分别连接数据处理单元。所述连接可以是无线或者有线连接，数据处理单元可以是集成在凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统或者位于远程服务器。
21.所述的一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统，待测物体的光路一，可见光成像单元与紫外光光成像单元共轭耦合；待测物体的光路二，凝视型高光谱成像模块与红外光成像单元共轭耦合。
22.如图1、图2所示，所述的一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统，包括第一准直透镜1、紫外光-可见光分束镜2、第一成像透镜3、可见光图像传感器4、第二成像透镜5、紫外光图像传感器6、第二准直透镜7、可见光-红外光分束镜8、第三成像透镜9、可调谐滤波片10、光谱图像传感器11、第四成像透镜12、红外图像传感器13；待测物体的光路一经过第一准直透镜1，再经过紫外光-可见光分束镜2，可将可见光部分透射到第一成像透镜3，在第一成像透镜3的焦点位置附近成像于可见光图像传感器4，紫外光部分被紫外光-可见光分束镜2反射，经过第二成像透镜5成像于紫外光图像传感器6。
23.所述的一种凝视型高光谱三光共轭采集融合成像系统，待测物体的光路二经过第二准直透镜7变为平行光，再经过可见光-红外光分束镜8，可见光部分透射经过第三成像透镜9和可调谐滤波片10，在光谱图像传感器11中得到波长随时间变化的高光谱图谱数据，而红外光部分经过可见光-红外光分束镜8反射，通过第四成像透镜12，在红外图像传感器13中成像。所述的光谱图像传感器11可采用普通的灰度相机图像传感器，在光谱探测范围内敏感工作。
24.所述的可调谐滤波片10位于第三成像透镜9的焦点位置或者附近，可以大大减小可调谐滤波片的面积，降低成本（因为大面积的可调谐滤波片制作难成本高），也减少的系统占用空间。
25.所述的紫外光-可见光分束镜2或可见光-红外光分束镜8包括分束镜与45度反射镜，便于共轭采集的成像模块或单元平行放置。
26.紫外光、可见光 、红外光的成像可用于红外测温、可见光高速图像分析及紫外成像检测，再结合可调谐滤波光谱扫描模块获取高光谱数据来监测电力设备缺陷及周围环境物体的识别分类， 如对输电杆塔上绝缘部件及高压端金具的发热放电、逐步老化以及异物（如透明的塑料布异物）的监控。三光成像数据和光谱数据可融合成高光谱三光融合图像。
27.采集可调谐滤波片扫描光谱的图像传感器和紫外光图像传感器、可见光高速成像图像传感器、红外热成像图像传感器集成在一个设备，通过共轭光路将高光谱图谱数据和三光成像数据融合，得到可视化融合数据，不仅便于设备的实地观察而且没有融合误差。
28.因为两光路的光均是同一物体发出的光，所以图像传感器采集图像同源，数据具有高度融合性。信息处理单元可根据紫外光、可见光和红外光的图像和光谱图像传感器采集光谱图像的融合关系来解算待测物体的多维数据。
29.光谱探测是由可调谐滤波片通过不断改变透过的中心波长来实现光谱扫描。可调谐滤波片调制的时间短，配合高速投影即可实现快速光谱形貌探测。
30.紫外光、可见光、红外光的检测集成于同一设备中，可调谐滤波光谱扫描模块置于同一光路上，与三光成像所共轭，光路中的各光学套管及图像传感器接口的尺寸统一。
31.这样的共轭采集融合一方面可以降低硬件的重量与数据采集的成本，另一方面多个图像传感器融合可以大大减少不同数据的特征级融合的软件处理工作量，使数据融合精度更高。高光谱图像与普通图像传感器获得的图像可以简单地用软件通过图像特征进行融合， 也可以引入第3个分光共轭光路模块在2个图像传感器硬件上形成空间点精准匹配的
图像采集融合，从而将紫外光、可见光和红外光的图像和高光谱图像精确融合成待测物体的高维数据。凝视型高光谱成像模块中的光谱探测是由可调谐滤波片通过变化加载在液晶盒上的电压而不断改变透过的中心波长来实现光谱扫描。
32.应用场景：高光谱三光共轭采集融合成像监测仪器可实时监测变电站附近设施缺陷及周围环境物体的识别分类， 如对输电杆塔上绝缘部件及高压端金具的发热放电、逐步老化以及异物（如透明的塑料布异物）及输电线周围森林高度长势的监控。
33.上述描述中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施方案仅仅是对本实用新型的优选实施例进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。本实用新型的保护范围由所附权利要求及其任何等同物给出。