一种紧凑型成像光谱仪及成像检测方法技术

本发明专利技术公开了一种紧凑型成像光谱仪及成像检测方法，其中，包括：依次设置于待测物之后且位于同一光轴上的匀光偏振光阑、双折射晶体组、检偏器、后置成像透镜以及面阵探测器；匀光偏振光阑设置有第一区域和第二区域，待测物的影像光线经过第一区域和第二区域后，分别进入双折射晶体组、检偏器以及后置成像透镜，被面阵探测器探测得到，并在面阵探测器中形成对应的干涉条纹图像和待测物图像。本发明专利技术通过设置两个不同区域的匀光偏振光阑，可以实现快照式获得待测物的图像和干涉条纹，并且图像区域和干涉条纹区域相互独立，便于计算机快速获取待测物的光谱图和物体图像，以解决成像光谱仪造价昂贵、尺寸庞大、分辨率低以及数据处理难的问题。问题。问题。

A compact imaging spectrometer and its imaging detection method

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型成像光谱仪及成像检测方法


[0001]本专利技术涉及光谱仪应用领域，尤其涉及的是一种紧凑型成像光谱仪及成像检测方法。

技术介绍

[0002]光谱仪是可以将成分复杂的光分解并获得其强度随波长或频率分布的谱线的仪器，是科学研究中极其重要的工具。人们可以通过光谱仪获取发光物体的光谱，或者物体对光线的响应光谱(例如可见光吸收光谱、红外吸收光谱、紫外荧光光谱和拉曼散射光谱等等)，从而可以分析物质的化学成分或者结构信息。光谱仪在科学研究、工业生产、生物制药、地质勘探和天文探测等领域都有着不可取代的重要应用。
[0003]随着检测技术的需求的增加，光谱与视觉结合成为了光谱仪技术发展的重要方向。相机结合光谱可以探测到待测物体的形状和纹理，同时可以获得其光谱信息用于进行化学成分分析。其中高光谱仪可以在成像的同时得到每个像素点的光谱信息，被用于检测物质成分的分布，例如在文物修复应用中判断不同染料的分布，在水质监测应用中查看污染物的分布等。但是高光谱仪造价高昂，数据量庞大，检测分析速度缓慢，应用场景局限性大。在很多应用场景中待测物的物质分布均匀，检测图像的同时只需要检测单个光谱，例如单个宝石的检测、局部皮肤检测、衣物材料检测、单个水果甜度检测等场景，若采用高光谱则会有大量的数据多余浪费。所以人们在视觉和光谱结合的技术上发展了多种方案以匹配不同的实际应用场景，例如光纤光谱仪与相机耦合、干涉成像光谱仪、快照式高光谱仪等。
[0004]在现有的成像光谱仪中，一种成像光谱仪是采用分束器将入射光线分为两部分，一部分由相机收集成像，另一部分采用光纤耦合至光谱仪。采用该方法可以同时获得高分辨率的图像和高分辨率的光谱，但是必须同时使用相机与光纤光谱仪，以至整体结构相对庞大，造价相对昂贵。
[0005]另一种成像光谱仪则是采用萨伐尔偏光镜置于成像系统前，光线经过由两片双折射晶体组成的萨伐尔偏光镜产生光程差，经透镜会聚成像后发生干涉，所得到的图像为待测物的图像与干涉条纹的叠加。计算机可以从图像中提取干涉条纹数据，经过傅里叶变换获得光谱信息。但该技术由于图像与干涉条纹混叠，容易互相干扰，导致在获取完整图像和光谱的数据处理上有较大的困难。
[0006]还有一种成像光谱仪则是采用了微透镜阵列形成子图像的阵列，采用沃拉斯顿棱镜组使得各子图像之间具有不同的光程差，再通过傅里叶变换获得子图像各像素点的光谱数据。但是该方法将面阵探测器切割成众多子图像，由于探测器像素有限，每个子图像像素较少，最终所呈现的图像分辨率和光谱分辨率都比较低。
[0007]综合以上三种成像光谱仪可以得知，目前光谱与视觉结合的技术，仍存在着造价昂贵、尺寸庞大、分辨率低以及数据处理难等不足有待解决。
[0008]因此，现有技术还有待改进。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本专利技术提供一种紧凑型成像光谱仪及成像检测方法，以解决现有的成像光谱仪造价昂贵、尺寸庞大、分辨率低以及数据处理难的技术问题。
[0010]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种紧凑型成像光谱仪，包括：
[0012]依次设置于待测物之后且位于同一光轴上的匀光偏振光阑、双折射晶体组、检偏器、后置成像透镜以及面阵探测器；
[0013]所述匀光偏振光阑设置有第一区域和第二区域，所述待测物的影像光线经过所述第一区域和所述第二区域后，分别进入所述双折射晶体组、所述检偏器以及所述后置成像透镜，被所述面阵探测器探测得到，并在所述面阵探测器中形成对应的干涉条纹图像和待测物图像。
[0014]在一种实现方式中，所述匀光偏振光阑包括：匀光片和偏振片；
[0015]所述匀光片和所述偏振片具有相同的形状，且所述匀光片和所述偏振片均设置有所述第二区域；所述匀光片设置于靠近所述待测物的一侧，所述偏振片设置于靠近所述双折射晶体组的一侧。
[0016]在一种实现方式中，所述第二区域为镂空区域，或所述第二区域为透明玻璃、透明塑料板以及有机玻璃中任意一种材料的透明区域。
[0017]在一种实现方式中，所述紧凑型成像光谱仪还包括：前置成像透镜；所述前置成像透镜设置于所述匀光偏振光阑与所述待测物之间。
[0018]在一种实现方式中，所述匀光偏振光阑位于所述前置成像透镜的像面位置，且所述匀光偏振光阑位于所述后置成像透镜的物面位置。
[0019]在一种实现方式中，所述双折射晶体组至少包括：第一萨伐尔板和第二萨伐尔板；
[0020]所述第一萨伐尔板的光轴与所述第一萨伐尔板的板平面呈45度角；所述第二萨伐尔板的光轴与所述第二萨伐尔板的板平面平行，且所述第一萨伐尔板的晶体主截面与所述第二萨伐尔板的晶体主截面相互垂直。
[0021]在一种实现方式中，所述第二区域的形状为圆形、椭圆形、三角形以及方形中的任意一种形状。
[0022]第二方面，本专利技术提供一种紧凑型成像光谱仪成像方法，应用于紧凑型成像光谱仪，所述紧凑型成像光谱仪成像方法包括：
[0023]通过前置成像透镜调整待测物的成像大小，以使所述待测物的影像光线经过前置成像透镜后覆盖整个匀光偏振光阑；
[0024]通过所述匀光偏振光阑的第一区域和第二区域分割所述待测物的影像光线，分别得到干涉成像光线和物像成像光线；
[0025]利用双折射晶体组分别对所述干涉成像光线和所述物像成像光线进行分解，并将分解后对应的光线通过检偏器及后置成像透镜；
[0026]通过面阵探测器的干涉区域读取所述干涉成像光线的干涉图像，并通过所述面阵探测器的物像区域读取所述物像成像光线的待测物图像。
[0027]在一种实现方式中，所述干涉区域读取的干涉图像内包含零光程差位置且干涉条
纹区域连续。
[0028]在一种实现方式中，所述紧凑型成像光谱仪成像方法还包括：
[0029]通过成像显示设备的计算单元对所述面阵探测器探测的干涉图像进行傅里叶变换，得到所述待测物的光谱图；
[0030]在所述成像显示设备的光谱显示区域显示所述待测物的光谱图以及在所述成像显示设备的物像显示区域显示所述面阵探测器探测的待测物图像。
[0031]本专利技术采用上述技术方案具有以下效果：
[0032]本专利技术通过设置两个不同区域的匀光偏振光阑，可以实现快照式获得待测物的图像和干涉条纹，并且图像区域和干涉条纹区域相互独立，便于计算机快速获取待测物的光谱图和物体图像；以及通过在匀光偏振光阑之前设置前置成像透镜，可以使得待测物和匀光偏振光阑同时成像，从而也使得干涉条纹区域和待测物图像区域的边界更加清晰，同时也可以用于适配近距离检测的成像调节需求；相比于现有的成像光谱仪，本专利技术采用的成像光谱仪的结构紧凑，无需移动部件，也无需推扫部件，以低成本的结构实现快速获取待测物图像和光谱的功能，解决了现有的成像光谱仪造价昂贵、尺寸庞大、分辨率低以及数据处理难的问题。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型成像光谱仪，其特征在于，所述紧凑型成像光谱仪包括：依次设置于待测物之后且位于同一光轴上的匀光偏振光阑、双折射晶体组、检偏器、后置成像透镜以及面阵探测器；所述匀光偏振光阑设置有第一区域和第二区域，所述待测物的影像光线经过所述第一区域和所述第二区域后，分别进入所述双折射晶体组、所述检偏器以及所述后置成像透镜，被所述面阵探测器探测得到，并在所述面阵探测器中形成对应的干涉条纹图像和待测物图像。2.根据权利要求1所述的紧凑型成像光谱仪，其特征在于，所述匀光偏振光阑包括：匀光片和偏振片；所述匀光片和所述偏振片具有相同的形状，且所述匀光片和所述偏振片均设置有所述第二区域；所述匀光片设置于靠近所述待测物的一侧，所述偏振片设置于靠近所述双折射晶体组的一侧。3.根据权利要求1～2所述的紧凑型成像光谱仪，其特征在于，所述第二区域为镂空区域，或所述第二区域为透明玻璃、透明塑料板以及有机玻璃中任意一种材料的透明区域。4.根据权利要求1所述的紧凑型成像光谱仪，其特征在于，所述紧凑型成像光谱仪还包括：前置成像透镜；所述前置成像透镜设置于所述匀光偏振光阑与所述待测物之间。5.根据权利要求4所述的紧凑型成像光谱仪，其特征在于，所述匀光偏振光阑位于所述前置成像透镜的像面位置，且所述匀光偏振光阑位于所述后置成像透镜的物面位置。6.根据权利要求1所述的紧凑型成像光谱仪，其特征在于，所述双折射晶体组至少包括：第一萨伐尔板和第二萨伐尔板；所述第一萨伐尔板的光轴与所述第一萨伐尔板的板平...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦江泉，李杨，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：