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CN111426640A - 一种可切换式连续工作光谱相机及探测方法 - Google Patents

一种可切换式连续工作光谱相机及探测方法 Download PDF

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CN111426640A CN202010419531.XA CN202010419531A CN111426640A CN 111426640 A CN111426640 A CN 111426640A CN 202010419531 A CN202010419531 A CN 202010419531A CN 111426640 A CN111426640 A CN 111426640A
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储松南
刘海涛
王海峰
黄立贤
曾建成
骆永全
张大勇
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Abstract

本发明公开了一种可切换式连续工作光谱相机及探测方法，光谱相机包括主机身和多个滤光器模块，多个滤光器模块的谱段覆盖了客户端的设定工作谱段；所述滤光器模块包括光学滤波器、第一接口、滤光器信息存储模块和驱动器；所述主机身包括第二接口、工作状态寄存器和控制器；所述主机身和滤光器模块通过第一接口和第二接口的配合实现可拆卸式连接和通讯。本发明所述光谱相机基于电控可调谐滤光器模块，同时可在工作中通过对滤光器模块的切换，实现宽波长范围的光谱探测；在光谱成像、光学检测等领域有重要应用前景。

Description

一种可切换式连续工作光谱相机及探测方法
技术领域
本发明涉及光谱成像技术领域，具体涉及一种可切换式连续工作光谱相机及探测方法。
背景技术
光谱相机基于不同类型的分光系统可分为推扫型及凝视型两种类型，凝视型的光谱相机一般实用电控可调谐滤光器作为滤光模块，其主要有声光可调滤光片(AOTF)及液晶可调滤光片(LCTF)两种类型，单一的电控可调滤光片受材料、结构等限制，其工作光谱范围有限。
一般的光谱相机所能覆盖的光谱范围受材料、器件、结构等限制，只能覆盖一定小范围的光谱波长范围。受限于滤光器的探测范围，当应用场景所需要探测的光谱范围较宽时，使用单一类型滤光器的光谱相机往往满足不了需求。例如文物考古类的应用场景，一般要求其光谱范围能够覆盖可见光及近红外光，以往类似这种场景，都需要两个到三个光谱相机进行更换使用，而不同光谱相机因为安装调试的原因会导致其拍摄的场景因素发生改变，且每一次的校准过程繁琐，不利于用户使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可切换式连续工作光谱相机及探测方法，解决现有光谱相机的光谱覆盖范围小问题。
此外，本发明还提供基于上述光谱相机的探测方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种可切换式连续工作光谱相机，包括主机身和多个滤光器模块，多个滤光器模块的谱段覆盖了客户端的设定工作谱段(波长范围)；
所述滤光器模块包括光学滤波器、第一接口、滤光器信息存储模块和驱动器，所述滤光器信息存储模块用于存储光学滤波器工作信息及特有的信息识别码，所述驱动器用于读取滤光器信息存储模块存储的光学滤波器的工作电压；
所述主机身包括第二接口、工作状态寄存器和控制器，所述工作状态寄存器用于存储光谱相机的工作状态，所述控制器用于接收客户端的工作谱段信息并进行判断，并向驱动器发出指令，驱动器接收到控制器的指令后，依照工作电压数据输出相应电压，使整个光谱相机开始工作，所述控制器用于读取滤光器信息存储模块存储的光学滤波器工作信息及特有的信息识别码；
所述主机身和滤光器模块通过第一接口和第二接口的配合实现可拆卸式连接和通讯。
本发明中各个滤光器模块的谱段不同，每个滤光器模块都有唯一的信息识别码。
本发明基于电控可调谐滤光器模块，通过更换滤光器模块，实现宽波长范围的光谱探测，通过切换不同波长的滤光器模块，实现对客户端的设定工作谱段的全覆盖；大大增加了光谱相机所能适应的工作场景。
本发明在工作中对滤光器模块进行校准时，在校准好第一个滤光器模块之后，即可更换第二个不同谱段的滤光器模块，不需要停止光谱相机；校准完成后，在正式进行光谱成像时，设置好工作范围后，当接入不同的滤光器模块时，控制器通过信息识别码对滤光器模块进行识别，自动调取该滤光器校准文件进行拍摄，即本发明只需调试、校准一次(第一次插入滤光器模块)，即可在固定的场景进行光谱探测，而不需要对光谱相机进行拆卸更换。
本发明通过设置多个与主机身和滤光器模块，各个滤光器模块的谱段不同，多个滤光器模块的谱段覆盖了客户端的设定工作谱段，不仅解决了现有光谱相机的光谱覆盖范围小问题；且本发明在工作中对滤光器模块进行校准时，在校准好第一个滤光器模块之后，即可更换第二个不同谱段的滤光器模块，不需要停止光谱相机，操作简单。
本发明所述光谱相机具有结构精简，体积较小的优点。
本发明的工作原理如下：
根据所设置的工作波长范围和滤光器的覆盖谱段去智能地设定工作流程如图6：
由客户端设置整体的工作参数，包括波长范围、工作步进等；当设置完整体参数后，插入滤光器模块开始工作，当工作波长小于或等于滤光器的覆盖谱段时，工作完成即系统停止，不会提示要求更换滤光器模块；而当工作波长大于单个滤光器模块的覆盖谱段时，系统会通过读取自滤光器模块的滤光器信息储存模块的信息进行判断，当系统判断模块的工作谱段已经工作完成时，自动弹出滤光器模块，同时客户端界面提示用户对滤光器模块进行更换；系统会重复此至总体工作波长完成或超出系统默认的最大波长范围。
本发明对于滤光器模块的接入顺序没有要求，当设置好总体工作波长后，只要符合工作波长的滤光器模块均可接入，采集完当前模块而未完成整体工作的，系统会将已采集的信息进行存储，并记录当前滤光器模块的信息；新滤光器模块信息会在模块第一次接入光谱相机时系统自动记录，也可通过用户输入方式进行提前记录；当一个模块工作完成而整体设置的工作波长未完成时，系统会从已记录的滤光器信息中建议用户更换某个型号的滤光器模块，其整体的判断逻辑如图7所示。
进一步地，还包括设置在主机身上的弹出装置；所述弹出装置用于实现滤光器模块与主机身稳定连接。
进一步地，弹出装置为和电磁吸附底座，所述电磁吸附底座用于工作时吸附滤光器模块，所述弹簧顶出机构用于工作结束时顶出滤光器模块。
图2中所示401为弹簧顶出机构及电磁吸附底座，电磁吸附底座在接入滤光器模块时内部线圈通电工作，产生磁力，吸附滤光器模块使其与机身驱动接口等接触连接，工作完成时，电磁吸附底座断电，此时磁力消失，滤光器模块由弹簧顶出机构顶出。
进一步地，多个滤光器模块的谱段覆盖包括三类情况，第一类情况：各个光学滤波器的工作谱段皆有重复；第二类情况：各个光学滤波器的工作谱段有部分重复和部分缺少的情况；第三种情况：各个光学滤波器的工作谱段无重复且有无法覆盖谱段。
进一步地，工作状态寄存器存储的光谱相机的工作状态包括已采集的波长范围、已工作过的滤光器模块信息和新城插入的滤光器模块信息。
进一步地，第一接口包括USB驱动接口、电源供电接口和温度控制接口。
一种基于可切换式连续工作光谱相机的探测方法，包括以下步骤：
S1：由客户端设置整体的工作参数，所述工作参数包括波长范围，并将设置在参数发送给控制器；
S2：将滤光器模块插入主机身，控制器读取滤光器信息存储模块存储的光学滤波器工作信息及特有的信息识别码，对光学滤波器的工作谱段信息进行识别，将识别记过发送给工作状态寄存器，并判断是否采用当前滤光器模块进行信息采集；
S3：控制器给驱动器发出指令，驱动器接收到控制器的指令后，依照工作电压数据输出相应电压，使整个光谱相机开始工作：
S31：当控制器判断当前滤光器模块识别的工作谱段大于等于客户端提供的波长范围时，工作完成即系统停止，不会提示要求滤光器模块；
当控制器判断当前滤光器模块识别的工作谱段小于客户端提供的波长范围时，系统通过读取滤光器信息存储模块的信息进行判断，当系统判断滤光器模块的工作谱段已经工作完成时，自动弹出滤光器模块；同时客户端界面提示用户对滤光器模块进行更换；系统重复更换滤光器模块直到总体工作波长完成或超出客户端提供的最大波长范围。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过设置多个与主机身和滤光器模块，各个滤光器模块的谱段不同，多个滤光器模块的谱段覆盖了客户端的设定工作谱段，不仅解决了现有光谱相机的光谱覆盖范围小问题；且本发明在工作中对滤光器模块进行校准时，在校准好第一个滤光器模块之后，即可更换第二个不同谱段的滤光器模块，不需要停止光谱相机，操作简单。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为光谱相机的结构示意图一；
图2为光谱相机的结构示意图二；
图3为光谱相机的模块示意图
图4为第一接口示意图；
图5为工作谱段的设定示意图；
图6光谱相机的工作流程图
图7为滤光器模块更换的判断流程图。
附图中标记及对应的零部件名称：
101-滤光器模块，103-主机身，201-第一接口，202-滤光器信息存储模块，203-驱动器，204-工作状态寄存器，205-控制器，301-USB驱动接口，302-电源供电接口，303-温度控制接口，401-弹出装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-图7所示，一种可切换式连续工作光谱相机，包括主机身103和多个滤光器模块101，多个滤光器模块101的谱段覆盖了客户端的设定工作谱段，多个滤光器模块101的谱段覆盖包括三类情况(如图5所示)，第一类情况：各个光学滤波器的工作谱段皆有重复；第二类情况：各个光学滤波器的工作谱段有部分重复和部分缺少的情况；第三种情况：各个光学滤波器的工作谱段无重复且有无法覆盖谱段；
所述滤光器模块101包括光学滤波器、第一接口201、滤光器信息存储模块202和驱动器203，所述滤光器信息存储模块202用于存储光学滤波器工作信息及特有的信息识别码，所述驱动器203用于读取滤光器信息存储模块202存储的光学滤波器的工作电压，所述第一接口201包括USB驱动接口301、电源供电接口302和温度控制接口303；
所述主机身103包括第二接口、工作状态寄存器204和控制器205，所述工作状态寄存器204用于存储光谱相机的工作状态，所述工作状态寄存器204存储的光谱相机的工作状态包括已采集的波长范围、已工作过的滤光器模块101信息和新城插入的滤光器模块101信息，所述控制器205用于接收客户端的工作谱段信息并进行判断，并向驱动器203发出指令，驱动器203接收到控制器205的指令后，依照工作电压数据输出相应电压，使整个光谱相机开始工作，所述控制器205用于读取滤光器信息存储模块202存储的光学滤波器工作信息及特有的信息识别码；
所述主机身103和滤光器模块101通过第一接口201和第二接口的配合实现可拆卸式连接和通讯。
实施例2：
本实施例基于实施例1，还包括设置在主机身103上的弹出装置401；所述弹出装置401用于实现滤光器模块101与主机身103稳定连接；所述弹出装置401为弹簧顶出机构和电磁吸附底座，所述电磁吸附底座用于工作时吸附滤光器模块101，所述弹簧顶出机构用于工作结束时顶出滤光器模块101。
实施例3：
如图1-图7所示，一种基于实施例1或实施例2所述的一种可切换式连续工作光谱相机的探测方法，包括以下步骤：
S1：由客户端设置整体的工作参数，所述工作参数包括波长范围，并将设置在参数发送给控制器205；
S2：将滤光器模块101插入主机身103，控制器205读取滤光器信息存储模块202存储的光学滤波器工作信息及特有的信息识别码，对光学滤波器的工作谱段信息进行识别，将识别记过发送给工作状态寄存器204，并判断是否采用当前滤光器模块101进行信息采集；
S3：控制器205给驱动器203发出指令，驱动器203接收到控制器205的指令后，依照工作电压数据输出相应电压，使整个光谱相机开始工作：
S31：当控制器205判断当前滤光器模块101识别的工作谱段大于等于客户端提供的波长范围时，工作完成即系统停止，不会提示要求滤光器模块101；
当控制器205判断当前滤光器模块101识别的工作谱段小于客户端提供的波长范围时，系统通过读取滤光器信息存储模块202的信息进行判断，当系统判断滤光器模块101的工作谱段已经工作完成时，自动弹出滤光器模块101；同时客户端界面提示用户对滤光器模块101进行更换；系统重复更换滤光器模块101直到总体工作波长完成或超出客户端提供的最大波长范围。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可切换式连续工作光谱相机，其特征在于，包括主机身(103)和多个滤光器模块(101)，多个滤光器模块(101)的谱段覆盖了客户端的设定工作谱段；
所述滤光器模块(101)包括光学滤波器、第一接口(201)、滤光器信息存储模块(202)和驱动器(203)，所述滤光器信息存储模块(202)用于存储光学滤波器工作信息及特有的信息识别码，所述驱动器(203)用于读取滤光器信息存储模块(202)存储的光学滤波器的工作电压；
所述主机身(103)包括第二接口、工作状态寄存器(204)和控制器(205)，所述工作状态寄存器(204)用于存储光谱相机的工作状态，所述控制器(205)用于接收客户端的工作谱段信息并进行判断，并向驱动器(203)发出指令，驱动器(203)接收到控制器(205)的指令后，依照工作电压数据输出相应电压，使整个光谱相机开始工作，所述控制器(205)用于读取滤光器信息存储模块(202)存储的光学滤波器工作信息及特有的信息识别码；
所述主机身(103)和滤光器模块(101)通过第一接口(201)和第二接口的配合实现可拆卸式连接和通讯。
2.根据权利要求1所述的一种可切换式连续工作光谱相机，其特征在于，还包括设置在主机身(103)上的弹出装置(401)；所述弹出装置(401)用于实现滤光器模块(101)与主机身(103)稳定连接。
3.根据权利要求2所述的一种可切换式连续工作光谱相机，其特征在于，所述弹出装置(401)包括弹簧顶出机构和电磁吸附底座，所述电磁吸附底座用于工作时吸附滤光器模块(101)，所述弹簧顶出机构用于工作结束时顶出滤光器模块(101)。
4.根据权利要求1所述的一种可切换式连续工作光谱相机，其特征在于，多个滤光器模块(101)的谱段覆盖包括三类情况，第一类情况：各个光学滤波器的工作谱段皆有重复；第二类情况：各个光学滤波器的工作谱段有部分重复和部分缺少的情况；第三种情况：各个光学滤波器的工作谱段无重复且有无法覆盖谱段。
5.根据权利要求1所述的一种可切换式连续工作光谱相机，其特征在于，所述工作状态寄存器(204)存储的光谱相机的工作状态包括已采集的波长范围、已工作过的滤光器模块(101)信息和新城插入的滤光器模块(101)信息。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种可切换式连续工作光谱相机，其特征在于，所述第一接口(201)包括USB驱动接口(301)、电源供电接口(302)和温度控制接口(303)。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的一种可切换式连续工作光谱相机的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：由客户端设置整体的工作参数，所述工作参数包括波长范围，并将设置在参数发送给控制器(205)；
S2：将滤光器模块(101)插入主机身(103)，控制器(205)读取滤光器信息存储模块(202)存储的光学滤波器工作信息及特有的信息识别码，对光学滤波器的工作谱段信息进行识别，将识别记过发送给工作状态寄存器(204)，并判断是否采用当前滤光器模块(101)进行信息采集；
S3：控制器(205)给驱动器(203)发出指令，驱动器(203)接收到控制器(205)的指令后，依照工作电压数据输出相应电压，使整个光谱相机开始工作：
S31：当控制器(205)判断当前滤光器模块(101)识别的工作谱段大于等于客户端提供的波长范围时，工作完成即系统停止，不会提示要求滤光器模块(101)；
当控制器(205)判断当前滤光器模块(101)识别的工作谱段小于客户端提供的波长范围时，系统通过读取滤光器信息存储模块(202)的信息进行判断，当系统判断滤光器模块(101)的工作谱段已经工作完成时，自动弹出滤光器模块(101)；同时客户端界面提示用户对滤光器模块(101)进行更换；系统重复更换滤光器模块(101)直到总体工作波长完成或超出客户端提供的最大波长范围。
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