一种小型化光谱成像系统及成像方法
专利汇可以提供一种小型化光谱成像系统及成像方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种小型化 光谱 成像系统及成像方法，涉及光电成像技术领域，解决现有CMOS的高光谱成像技术存在提升 信噪比 的同时，降低了目标的空间 分辨率 的问题，包括镜头、分光元件和成像系统 电子 学，入射光线经镜头聚焦投影到分光元件，经过分光元件后光线被分为n个窄波谱段，成像系统电子学接收n个谱段光线并将其转化为电 信号 ，成像方法包括光谱 位置 快速标定和高光谱成像两个过程；标定过程用于成像系统装配完成后对n个 波长 光谱在 传感器 焦面投影位置的快速标定，标定结束后根据标定结果成像系统进行高光谱成像；本 发明 采用具有行向多开窗功能的CMOS图像传感器，不仅功耗小、成本低，而且系统集成度高，从而满足了高光谱成像向轻小型化发展的需求。，下面是一种小型化光谱成像系统及成像方法专利的具体信息内容。
1.一种小型化光谱成像系统，包括镜头、分光元件和成像系统电子学，入射光线经镜头聚焦投影到分光元件，经过分光元件后光线被分为n个窄波谱段，成像系统电子学接收n个窄谱段光线并将其转化为电信号，其特征是；
所述成像系统电子学包括面阵CMOS图像传感器和成像处理单元；所述成像处理单元包括FPGA，所述FPGA包括时钟管理模块、通信模块、焦面模组驱动控制模块、图像数据接收模块、多谱段独立时间延迟积分算法模块、数据整合模块和存储控制模块；
所述时钟管理模块负责成像系统中所有模块的时钟分配；
通信模块用于接收外部设备发送的控制指令，并将控制指令解码获得成像参数后发送至焦面模组驱动控制模块，所述焦面模组驱动控制模块根据解码后的成像参数生成传感器驱动时序，实现n个谱段对应窗口的曝光成像；
CMOS图像传感器输出的高速串行差分图像信号输出至FPGA内部的图像数据接收模块，所述图像数据接收模块按照传感器图像编码算法解码串行图像为并行数据，并用于多谱段独立时间延迟积分算法模块的调用；
所述多谱段独立时间延迟积分算法模块根据各谱段的积分级数，分别对n个谱段进行独立时间延迟积分操作，一个行周期每个谱段输出一行图像，累计共n行积分图像，其他未输出图像通过存储控制模块控制缓存于片内或片外存储器；
所述数据整合模块将n行积分图像进行行流水编号和谱段编号，同一行n个谱段数据行流水号相同，经过一个行周期行流水号自动加1，所述谱段编号按照CMOS图像传感器开窗位置依次编号，增加行流水和谱段编号后通过数传接将所有谱段数据输出。
2.根据权利要求1所述的一种小型化光谱成像系统，其特征在于，所述多谱段独立时间延迟积分算法模块，在保持目标像元分辨率不变的前提下，通过对同一目标在不同时刻的多次曝光值累加实现等效曝光时间增加，同时根据目标的光谱响应差异，各个谱段可独立设置不同的积分级数Mi，获取各谱段灰度均匀的高光谱图像；
所述多谱段独立时间延迟积分算法模块采用的计算公式为：
式中，Sk表示第k个行周期输出的多光谱图像，ROIn,k(i)表示第n谱段第k个行周期的第i行图像。
3.根据权利要求1所述的一种小型化光谱成像系统，其特征在于，所述通信模块还用于通过CAN/RS422/RS232接口向外部设备发送编码后相机状态信息。
4.根据权利要求1所述的一种小型化光谱成像系统的成像方法，其特征是；该成像方法包括光谱位置快速标定和高光谱成像两个过程；标定过程用于成像系统装配完成后对n个波长光谱在传感器焦面投影位置的快速标定，标定结束后根据标定结果成像系统进行高光谱成像；具体步骤为：
步骤一、光谱位置快速标定；
步骤一一、设置成像系统的成像模式为光谱位置快速标定模式；
步骤一二、FPGA在标定模式下生成焦面模组驱动控制模块的控制时序为满分辨率面阵输出；
步骤一三、调整单色仪并输出单色光，输出波长为分光元件的其中一个波长；
步骤一四、拍照并存储图像；
步骤一五、计算图像的峰值响应区间，并根据图像的峰值响应区间计算结果建立波长与焦面位置关系数引；
步骤一六、调整单色仪输出波长，重复步骤一四至步骤一五，直至遍历所有的光谱波长；并根据完整的波长与焦面位置关系数引，确定n个谱段对应的CMOS图像传感器的n个开窗位置及窗口大小；
步骤二、高光谱成像；
步骤二一、设置成像系统的成像模式为高光谱成像模式；
步骤二二、FPGA根据步骤一六获得CMOS图像传感器的n个开窗位置及窗口大小，生成CMOS图像传感器开窗设置指令；
步骤二三、FPGA根据CMOS图像传感器开窗设置指令生成驱动时序；
步骤二四、设置n个谱段积分级数；
步骤二五、按照积分级数对应的每个谱段图像采用独立时间延迟积分算法模块进行计算，计算后每个谱段获得一行积分图像数据，计算公式为：
式中，Sk表示第k个行周期输出的多光谱图像，ROIn,k(i)表示第n谱段第k个行周期的第i行图像；
步骤二六、对步骤二五获得的积分图像数据进行行流水号和谱段编号后，通过数传接口输出n行积分图像；
步骤二七、判断步骤二五获得各谱段积分图像灰度是否均匀，如果是，执行步骤二五，如果否，执行步骤二四。
一种小型化光谱成像系统及成像方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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