一种水下光谱复合成像探测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了水下光谱复合成像探测系统和方法，该系统包括框体和计算机，所述框体的电源系统分别连接有电子控制模块、高光谱相机、卤素灯、协查光谱探测器及协查光源或协查射线源，所述电子控制模块分别与高光谱相机和协查光谱探测器连接；所述框体上设有与电源系统连接的电源电缆接口、水下定位信标及光电复合缆缆端接口，所述高光谱相机和协查光谱探测器均通过光电复合缆缆端接口与计算机连接。该方法包括通过对高光谱相机和协查光谱探测器所采集到的光谱数据进行特征识别从而实现深海海底矿产的探测。通过使用本发明专利技术的探测技术，能快速无接触地对海底物质进行探测，效率和便利性高。本发明专利技术的探测系统和方法可广泛应用于海底物质探测领域中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海底矿产探测技术，尤其涉及一种水下光谱复合成像探测系统及方法。
技术介绍
技术词解释：高清摄像机：即是可以高质量、高清晰影像，拍摄出来的画面可以达到720线逐行扫描方式、分辨率1280*720，或到达1080线隔行扫描方式、分辨率1920*1080的数码摄像机。高光谱相机：利用高光谱成像技术实现的相机。高光谱成像技术：其所产生的高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道，因此，通过高光谱设备，如高光谱相机，获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息；常见的高光谱成像技术包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等，并且已广泛应用于矿产资源勘探、农业、药业、食品等方面，充分展示了高光谱成像技术的优势与潜力。人类社会的发展，离不开对各种资源的开发和利用，而在陆地资源逐渐枯竭的今天，人们把目光投向了深海大洋。在海洋中，其几乎存有陆地上有的各种资源，并且还有陆地上没有的一些资源，因此，为了对海洋中的资源，尤其是海洋中的矿产资源，进行开发和利用，人们研发出海底矿产探测设备。然而，目前常用的海底矿产探测设备无法无接触地进行海底物质的快速探测，因此，其并不便于操作使用，而且效率低下。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种水下光谱复合成像探测系统。本专利技术的另一目的是提供一种水下光谱复合成像探测方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种水下光谱复合成像探测系统，包括框体和计算机，所述框体的内腔中设有电源系统，所述电源系统分别连接有电子控制模块、高光谱相机、卤素灯、协查光谱探测器及协查光源或协查射线源，所述电子控制模块分别与高光谱相机和协查光谱探测器连接；所述框体上设有电源电缆接口、水下定位信标及光电复合缆缆端接口，所述电源系统与电源电缆接口连接，所述高光谱相机和协查光谱探测器均通过光电复合缆缆端接口从而与计算机通讯连接；所述高光谱相机，用于进行高光谱成像，从而采集获得高光谱图像，然后将采集到的高光谱图像传输至计算机；所述协查光谱探测器，用于进行光谱探测，从而采集获得光谱信息，然后将采集到的光谱信息传输至计算机；所述计算机，用于利用光谱特征数据库来对采集到的高光谱图像和光谱信息进行光谱匹配识别，从而实现矿物的识别。进一步，所述计算机包括：高光谱图像识别模块，用于对采集到的高光谱图像进行光谱特征参数提取后，将提取出的光谱特征参数与光谱特征数据库中的实况数据进行匹配处理，从而根据匹配结果获得相对应的化学成分；粗定位模块，用于根据得出的化学成分以及获得的系统当前位置信息，从而确定目标矿物所处的区域范围；控制模块，用于控制协查光谱探测器对该区域范围进行光谱探测；光谱信息识别模块，用于对采集到的光谱信息进行光谱特征参数提取后，利用光谱特征参数与光谱特征数据库中的实况数据进行匹配处理，从而获得最终的化学成分及含量或者对颜色相近的物质进行区分，以实现矿产的识别。进一步，所述对采集到的高光谱图像进行光谱特征参数提取，其具体包括：对采集到的高光谱图像进行预处理，其中，所述的预处理包括降噪处理、背景去除处理和归一化处理；对预处理后的高光谱图像进行校正和光谱重建；对重建后得到的光谱数据进行光谱特征参数提取。进一步，所述协查光谱探测器为X射线探测器，所述协查射线源为X射线源，或，所述协查光谱探测器为激光拉曼光谱仪，所述协查光源为Nd:YAG激光光源，或，所述协查光谱探测器为高清摄像机，所述协查光源为近紫外LED灯。进一步，所述电源系统包括总电源控制模块、灯光电源控制模块及设备电源控制模块，所述总电源控制模块分别与电源电缆接口、灯光电源控制模块及设备电源控制模块连接，所述设备电源控制模块分别与电子控制模块、高光谱相机及协查光谱探测器连接，所述灯光电源控制模块分别与电子控制模块和卤素灯连接；当所述协查射线源为X射线源，或所述协查光源为Nd:YAG激光光源时，所述X射线源或Nd:YAG激光光源与设备电源控制模块连接；当所述协查光源为近紫外LED灯时，所述近紫外LED灯与灯光电源控制模块连接。进一步，所述框体上还设有声学释放器，所述框体的底部设有配重底座，所述框体内腔的顶部设有浮力材料层。进一步，所述高光谱相机包括高光谱相机主体和密封罐，所述密封罐上设有观察窗口，所述高光谱相机主体设置在密封罐的内腔中，所述高光谱相机主体的镜头朝向观察窗口。进一步，还包括水密接插件，所述高光谱相机主体通过水密接插件与光电复合缆缆端接口连接。进一步，所述观察窗口采用钢化硼硅酸盐玻璃来实现。进一步，所述钢化硼硅酸盐玻璃的内壁设有氟化镁增透膜。进一步，所述水密接插件为以太网水密接插件。进一步，所述高光谱相机采用光谱分辨率为0.1nm～3nm、光谱覆盖范围为400nm～1000nm、最大波段数为350个波段以上的高光谱相机来实现。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种水下光谱复合成像探测方法，该方法包括：对海底进行高光谱成像，从而采集获得高光谱图像，并将采集到的高光谱图像传输至计算机上；计算机对采集到的高光谱图像进行光谱特征参数提取后，将提取出的光谱特征参数与光谱特征数据库中的实况数据进行匹配处理，从而根据匹配结果获得相对应的化学成分；根据得出的化学成分以及获得的系统当前位置信息，从而确定目标矿物所处的区域范围；控制协查光谱探测器对该区域范围进行光谱探测，然后所述协查光谱探测器将采集到的光谱信息传输至计算机上；计算机对采集到的光谱信息进行光谱特征参数提取后，利用光谱特征参数与光谱特征数据库中的实况数据进行匹配处理，从而获得最终的化学成分及含量或者对颜色相近的物质进行区分，以实现矿产的识别。进一步，所述对采集到的高光谱图像进行光谱特征参数提取这一步骤，其具体包括：对采集到的高光谱图像进行预处理，其中，所述的预处理包括降噪处理、背景去除处理和归一化处理；对预处理后的高光谱图像进行校正和光谱重建；对重建后得到的光谱数据进行光谱特征参数提取。进一步，该方法还包括光谱特征数据库建立这一步骤，所述光谱特征数据库建立这一步骤具体包括：根据观测配套参数从协查光谱探测器获取光谱信息以及从高光谱相机获取高光谱图像；对获得的光谱信息和高光谱图像分别进行预处理；对预处理后的光谱信息和高光谱图像进行光谱特征提取并将提取出的光谱特征参数进行参量化，然后根据参量化后得到的数据从而建立出光谱特征数据库。进一步，所述对获得的光谱信息进行预处理器这一步骤，其具体为：对获得的光谱信息进行反射率转换和滤波处理。本专利技术的有益效果是：本专利技术的探测系统框体中设有电源系统，所述电源系统分别连接有电子控制模块、高光谱相机、卤素灯、协查光谱探测器及协查光源或协查射线源，所述电子控制模块分别与高光谱相机和协查光谱探测器连接，并且框体上设有电源电缆接口、水下定位信标及光电复合缆缆端接口，所述电源系统与电源电缆接口连接，所述高光谱相机和协查光谱探测器均通过光电复合缆缆端接口与计算机通讯连接，因此由此可得，通过使用本专利技术的探测系统，能快速且无接触地对海底目标矿物进行探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下光谱复合成像探测系统，其特征在于：包括框体和计算机，所述框体的内腔中设有电源系统，所述电源系统分别连接有电子控制模块、高光谱相机、卤素灯、协查光谱探测器及协查光源或协查射线源，所述电子控制模块分别与高光谱相机和协查光谱探测器连接；所述框体上设有电源电缆接口、水下定位信标及光电复合缆缆端接口，所述电源系统与电源电缆接口连接，所述高光谱相机和协查光谱探测器均通过光电复合缆缆端接口从而与计算机通讯连接；所述高光谱相机，用于进行高光谱成像，从而采集获得高光谱图像，然后将采集到的高光谱图像传输至计算机；所述协查光谱探测器，用于进行光谱探测，从而采集获得光谱信息，然后将采集到的光谱信息传输至计算机；所述计算机，用于利用光谱特征数据库来对采集到的高光谱图像和光谱信息进行光谱匹配识别，从而实现矿物的识别。

【技术特征摘要】
1.一种水下光谱复合成像探测系统，其特征在于：包括框体和计算机，所述框体的内腔中设有电源系统，所述电源系统分别连接有电子控制模块、高光谱相机、卤素灯、协查光谱探测器及协查光源或协查射线源，所述电子控制模块分别与高光谱相机和协查光谱探测器连接；所述框体上设有电源电缆接口、水下定位信标及光电复合缆缆端接口，所述电源系统与电源电缆接口连接，所述高光谱相机和协查光谱探测器均通过光电复合缆缆端接口从而与计算机通讯连接；所述高光谱相机，用于进行高光谱成像，从而采集获得高光谱图像，然后将采集到的高光谱图像传输至计算机；所述协查光谱探测器，用于进行光谱探测，从而采集获得光谱信息，然后将采集到的光谱信息传输至计算机；所述计算机，用于利用光谱特征数据库来对采集到的高光谱图像和光谱信息进行光谱匹配识别，从而实现矿物的识别。2.根据权利要求1所述一种水下光谱复合成像探测系统，其特征在于：所述计算机包括：高光谱图像识别模块，用于对采集到的高光谱图像进行光谱特征参数提取后，将提取出的光谱特征参数与光谱特征数据库中的实况数据进行匹配处理，从而根据匹配结果获得相对应的化学成分；粗定位模块，用于根据得出的化学成分以及获得的系统当前位置信息，从而确定目标矿物所处的区域范围；控制模块，用于控制协查光谱探测器对该区域范围进行光谱探测；光谱信息识别模块，用于对采集到的光谱信息进行光谱特征参数提取后，利用光谱特征参数与光谱特征数据库中的实况数据进行匹配处理，从而获得最终的化学成分及含量或者对颜色相近的物质进行区分，以实现矿产的识别。3.根据权利要求2所述一种水下光谱复合成像探测系统，其特征在于：所述对采集到的高光谱图像进行光谱特征参数提取，其具体包括：对采集到的高光谱图像进行预处理，其中，所述的预处理包括降噪处理、背景去除处理和归一化处理；对预处理后的高光谱图像进行校正和光谱重建；对重建后得到的光谱数据进行光谱特征参数提取。4.根据权利要求1-3任一项所述一种水下光谱复合成像探测系统，其特征在于：所述协查光谱探测器为X射线探测器，所述协查射线源为X射线源，或，所述协查光谱探测器为激光拉曼光谱仪，所述协查光源为Nd:YAG激光光源，或，所述协查光谱探测器为高清摄像机，所述协查光源为近紫外LED灯。5.根据权利要求4所述一种水下光谱复合成像探测系统，其特征在于：所述电源系统包括总电源控制模块、灯光电源控制模块及设备电源控制模块，所述总电源控制模块分别与电源电缆接口、...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐绪卿，
申请(专利权)人：广州市固润光电科技有限公司，广东产品质量监督检验研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44