一种手持微型智能高光谱成像仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种手持微型智能高光谱成像仪，包括立方体结构的壳体以及排布在壳体内部的光谱测量模块、信息获取与处理模块、光源装置和电池模块，信息获取与处理模块位于壳体内上部，光谱测量模块、光源装置和电池模块排列在壳体内下部；信息获取与处理模块与光谱测量模块、光源装置和电池模块相连接。本实用新型专利技术所述的手持微型智能高光谱成像仪，具有体积小、重量轻、耗能低、成本低、易携带、精度高和功能丰富的特点，能够在日常生活中普及应用，随时随地的获取目标物体的高光谱数据，并可兼容移动终端和数据云端，可将高光谱数据传输至移动终端分析和处理；也可将数据传输至数据云端，建立标准波谱库，为高光谱数据分析提供比对标准。

【技术实现步骤摘要】
一种手持微型智能高光谱成像仪
本技术涉及光谱成像
，特别涉及一种手持微型智能高光谱成像仪。
技术介绍
目标光谱精细探测与识别是高光谱应用的重要优势。其原理为目标光信号通过光谱仪进一步细分为成百上千连续精细的光谱信号，形成典型的光谱特征曲线，不同的地物都有各自不同的光谱特征曲线，借助标准波谱库就可以对不同的地物及其大气传输特性和气体成分进行“指纹”式的精细化识别。目前，高光谱在资源勘探、环境减灾、精细农业、智慧城市等领域取得了令人可喜的成果，国内外已经发射了数十颗高光谱的卫星，尤其是随着民用高分系列GF-5号高光谱卫星的发射成功，及其后续数颗卫星的连续入轨工作，将极大地推进高光谱从实用化到业务化的迈进。卫星高光谱遥感可实现全球大范围遍历监视，扫描监视效率高，但是受轨道高度、载荷口径等因素限制，地面分辨率多在几米到几十米左右，无法满足地面特定的小目标精细观测的需求。另外受轨道限制，星载高光谱成像仪难以随时随地对特定区域，尤其是室内等目标进行光谱测量。目前，小型的高光谱仪一般分为两类，单镜头、分色片分通道型和多镜头、滤光片分光型，镜头、分色片分通道型光谱仪体积重量大，一般用于外场使用，航空遥感则需要搭载各类航空飞行器，而多镜头、滤光片分光型光谱仪得益于探测器及微型滤光片技术的发展，在体积、重量方面得到较大的优化，但是价格昂贵，较难普及日常生活使用。
技术实现思路
本技术提出了一种手持微型智能高光谱成像仪，具有体积小、重量轻、耗能低、成本低、易携带等特点，能够普及日常生活应用，随时随地的获取目标物体的高光谱数据，并可兼容移动终端和数据云端，可将高光谱数据传输至移动终端软件分析和处理高光谱数据，也可将数据传输至数据云端，建立标准波谱库，为高光谱数据分析提供比对标准。为此，本技术采用以下技术方案：一种手持微型智能高光谱成像仪，如图1所示，包括立方体结构的壳体1以及排布在壳体内部的光谱测量模块2、信息获取与处理模块3、光源装置4和电池模块5，所述信息获取与处理模块3位于壳体1内上部，所述光谱测量模块2、光源装置4和电池模块5排列在壳体1内下部；所述信息获取与处理模块3与光谱测量模块2、光源装置4和电池模块5相连接；所述壳体1下侧开有一入光孔径6和一出光孔径7，所述入光孔径6和出光孔径7上均设有防护玻璃；所述壳体1上的入光孔径6与光谱测量模块2前口对正设置，所述壳体1以第一转轴8连接有第一盖板9，与入光孔径6相契合，所述第一盖板9内侧设有漫反射板10；所述壳体1上的出光孔径7与光源装置4对正设置，所述壳体1以第二转轴连11接有第二盖板12，与出光孔径7相契合，所述第二盖板12内侧设有反射镜13；所述第一盖板9和第二盖板12正相对应，所述第一转轴8和第二转轴11均设有转角刻线；所述壳体1下侧还设有USB传输端口14和电源充电口15,所述电池模块5与壳体1的USB传输端口14和电源充电口15相接；所述壳体1外上右侧设有开机按钮16和光源按钮17，所述开机按钮16连接所述电池模块5和信息获取与处理模块3，控制高光谱成像仪的开关机；所述光源按钮17连接光源模块4，控制光源开关；如图2所示，所述光谱测量模块2包括集光筒21和探测器22，探测器22衔接在集光筒21后侧，所述集光筒21为具有一定锥角的锥形圆筒，所述探测器22如图2、3所示，采用面阵探测器，包括A×B个像元221，所述面阵探测器按照a×b个像元划分形成N个光谱通道，其中a＜A,b＜B；每个光谱通道上分别对应贴有一定波段的滤光片222；观测视场内的目标通过集光筒集光后，均匀照射到探测器每个光谱通道滤光片上，每个光谱通道内的a×b个像元分别获取对应滤光片波段下的光谱信息DN1、DN2、DN3、……DNa×b，最后经信息获取与处理模块均值化处理获取目标在对应波段下的光谱数据：光谱测量模块采用无镜头设计，直接采用集光筒衔接探测器，能有有效的降低成本和集成难度，此外还采用面阵探测器，在探测器上设置N个光谱通道，每个光谱通道上对应贴有一定波段的滤光片，使每个波段都对应有多个像元，多个像元共同获取同一波段下的光谱信息，再通过信息获取与处理模块均值化处理获取目标在对应波段下的光谱数据，实现观测均匀化，并可很好的消除成像仪的随机噪声和有效减少探测器的暗电平。其中，所述集光筒21通过设置不同的锥角211角度来设置成像仪光谱测量面积，如图4所示不同锥角的集光筒，形成的成像仪光谱测量面积不同；其中，所述锥角角度优选为1°-15°；如图4、图5所示所述集光筒内壁还设有倾斜消杂光环，所述消杂光环倾斜角度优选为30°-60°；光线经过倾斜消杂光环后可以很好的限制光谱采集视场，消除无效视场引入的杂光影响，提高成像仪的探测信噪比。其中，所述探测器及其光谱通道上的滤光片可按需求设置成紫外波段、可见波段、短波红外波段、中波红外波段或长波红外波段或者以上多个波段的组合，并细分成数十到上百个不同带宽或同一带宽的光谱通道。。其中，如图6所示，所述光源装置4包括标准光源41、准直匀光灯罩42、光源测温装置43和测电流装置44，所述标准光源41位于准直匀光灯罩42焦点处，标准光源41光线光线通过准直匀光灯罩42反射后实现平行匀光输出；所述光源测温装置43和测电流装置44连接标准光源41，用于标定标准光源41的强度。其中，如图7所示，第一转轴8和第二转轴11的所述转角刻线区间为0°-180°，设置刻度值0°、45°90°、135°和180°。其中，如图8所示，所述信息获取与处理模块包括FPGA模块、探测器驱动模块、数据缓存及存储模块、通讯及数据传输模块、定标模块和测温模块组成：所述FPGA模块为主控模块，为高光谱成像仪运行提供正确的工作时序，并将采集的光谱数据进行处理和传输；所述探测器驱动模块与探测器和FPGA主控模块连接，按照FPGA模块提供的工作时序，获取探测器的光谱数据，并将其传输至FPGA主控模块；所述数据缓存及存储模块与FPGA主控模块连接，按照FPGA模块的指令将获取的光谱数据进行缓存，并可读入读出图像数据；所述通讯及数据传输模块与FPGA主控模块连接，按照FPGA模块的指令将光谱数据传输至移动终端或者数据云端；所述通讯及数据传输模块包括蓝牙传输模块wifi传输模块、zigbee传输模块和USB传输模块，所述USB传输模块与USB传输端口相连接；所述定标模块与光源装置和FPGA主控模块连接，按照FPGA模块的指令，为地物光谱信息的采集提供稳定的定标光源，提高光谱仪的定标精度；所述测温模块集成有温度传感器，并与FPGA主控模块连接，按照FPGA模块的指令获取环境温度信号，并对温度信号进行存储传输和分析。其中，如图8所示，所述电源模块采用蓄电池，连接光谱测量模块、信息获取与处理模块和光源装置，其包括三种工作模式：1)通过电源充电口外部充电输入，为电池组充电，为光谱测量模块、信息获取与处理模块和光源装置的内部电路供电；2)无外部充电输入，由储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手持微型智能高光谱成像仪，其特征在于：包括立方体结构的壳体以及排布在壳体内部的光谱测量模块、信息获取与处理模块、光源装置和电池模块，所述信息获取与处理模块位于壳体内上部，所述光谱测量模块、光源装置和电池模块排列在壳体内下部；所述信息获取与处理模块与光谱测量模块、光源装置和电池模块相连接；所述壳体下侧开有一入光孔径和一出光孔径，所述入光孔径和出光孔径上均设有防护玻璃；所述壳体上的入光孔径与光谱测量模块前口对正设置，所述壳体以第一转轴连接有第一盖板，所述第一盖板与入光孔径相契合，所述第一盖板内侧设有漫反射板；所述壳体上的出光孔径与光源装置对正设置，所述壳体以第二转轴连接有第二盖板，所述第二盖板与出光孔径相契合，所述第二盖板内侧设有反射镜；所述第一盖板和第二盖板正相对应，所述第一转轴和第二转轴均设有转角刻线；所述壳体下侧还设有USB传输端口和电源充电口,所述电池模块与壳体的USB传输端口和电源充电口相接；所述壳体外上右侧设有开机按钮和光源按钮，所述开机按钮连接所述电池模块和信息获取与处理模块，控制高光谱成像仪的开关机；所述光源按钮连接光源模块，控制光源开关。/n

【技术特征摘要】
1.一种手持微型智能高光谱成像仪，其特征在于：包括立方体结构的壳体以及排布在壳体内部的光谱测量模块、信息获取与处理模块、光源装置和电池模块，所述信息获取与处理模块位于壳体内上部，所述光谱测量模块、光源装置和电池模块排列在壳体内下部；所述信息获取与处理模块与光谱测量模块、光源装置和电池模块相连接；所述壳体下侧开有一入光孔径和一出光孔径，所述入光孔径和出光孔径上均设有防护玻璃；所述壳体上的入光孔径与光谱测量模块前口对正设置，所述壳体以第一转轴连接有第一盖板，所述第一盖板与入光孔径相契合，所述第一盖板内侧设有漫反射板；所述壳体上的出光孔径与光源装置对正设置，所述壳体以第二转轴连接有第二盖板，所述第二盖板与出光孔径相契合，所述第二盖板内侧设有反射镜；所述第一盖板和第二盖板正相对应，所述第一转轴和第二转轴均设有转角刻线；所述壳体下侧还设有USB传输端口和电源充电口,所述电池模块与壳体的USB传输端口和电源充电口相接；所述壳体外上右侧设有开机按钮和光源按钮，所述开机按钮连接所述电池模块和信息获取与处理模块，控制高光谱成像仪的开关机；所述光源按钮连接光源模块，控制光源开关。


2.根据权利要求1所述的一种手持微型智能高光谱成像仪，其特征在于：所述光谱测量模块包括集光筒和探测器，探测器衔接在集光筒后侧，所述集光筒为具有一定锥角的锥形圆筒，所述探测器采用面阵探测器，包括A×B个像元，所述面阵探测器按照a×b个像元划分形成N个光谱通道，其中a＜A,b＜B；每个光谱通道上分别贴有一定波段的滤光片；
观测视场内的目标通过集光筒集光后，均匀照射到探测器每个光谱通道滤光片上，每个光谱通道内的a×b个像元分别获取对应滤光片波段下的光谱数据DN1、DN2、DN3、……DNa×b，最后经信息获取与处理模块均值化处理获取目标在对应波段下的光谱数据：





3.根据权利要求2所述的一种手持微型智能高光谱成像仪，其特征在于：所述集光筒通过设置不同的锥角角度来设置成像仪光谱测量面积；所述锥角角度为1°-15°；所述集光筒内壁还设有倾斜消杂光环，所述消杂光环倾斜角度为30°-60°。


4.根据权利要求2所述的一种手持微型智能高光谱成像仪，其特征在于：所述探测器及其光谱通道上的滤光片可按需求设置成紫外波段、可见波段、短波红外波段、中波红外波段或长波红外波段，并细分成数十到上百个不同带宽或同一带宽的光谱通道。


5.根据权利要求1所述的一种手持微型智能高光谱成像仪，其特征在于：所述光源装置包括标准光源、准直匀光灯罩、光源测温装置和测电流装置，所述标准光源位于准直匀光灯罩焦点处，标准光源光线通过准直匀光灯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘银年，李志忠，张宗存，马超，孙德新，
申请(专利权)人：南通智能感知研究院，
类型：新型
国别省市：江苏;32