一種多光譜圖像捕捉系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種多光譜圖像捕捉系統，包括一多譜成像鏡頭，所述多譜成像鏡頭的后方設置有一用于感光成像的CMOS圖像傳感器，所述CMOS圖像傳感器固定在一光學平臺上，所述多譜成像鏡頭包括多通道濾波片及陣列式微透鏡，所述陣列式微透鏡的每個透鏡單元與多通道濾波片的一個濾波單元對應構成一個光通道。本實用新型專利技術采用集成了多通道濾波片及陣列式微透鏡的多譜成像鏡頭，從而解決了當外界擾動時，因濾波片與透鏡相對位置失配引起的成像質量降低的問題；另本實用新型專利技術濾波片采用干涉濾波片的多膜系結構，可實現可見光與近紅外波段的多通道集成；進一步，本實用新型專利技術系統引入了微型直線電機，從而實現了系統的自動對焦功能。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及微型光機電系統，尤其是一種多光譜圖像捕捉系統。
技術介紹
在普通成像系統中，人們往往采用擴大圖像傳感器像素規格的方式來提高圖像分辨率，獲取更多信息。但這種方式在很多應用場合已經顯現出瓶頸，某些信息往往不能從簡單的灰度數據中提取出來。利用多譜成像技術可獲得不同波長下的圖像信息，這是普通成像方式無法實現的。因此多譜成像在遙感測量，生物醫學成像，目標探測與跟蹤等領域具有廣泛的應用價值。目前的多譜成像系統，一種是采用普通單孔徑鏡頭與濾光片輪轉機構相結合的方式。這種系統通過機械結構實現不同顏色濾光片的轉換，并分別獲取相應圖像。因此該系統無法實現多光譜圖像的同時獲取，工作效率較低。中國專利CN102053297A (專利公布號)公布了一種多譜段濾光機構，該機構用于空間光學遙感器，通過一個輪轉結構實現不同波段濾光片的轉換，從而獲取不同波段的圖像。這種方式的缺點在于每次只能獲取某一波段的圖像，但無法同時獲取多波段的圖像信息，因此工作效率不高。Shogenji 等人(期刊論文，題目Multispectral imaging using compactcompound optics,期刊Optics Express,卷 vol. 12，no. 8, 2004)提出了一種基于多通道彩色濾光片和微透鏡陣列的多譜成像系統。濾光片的每一個通道對應某一種顏色，并與其后的一個微透鏡對準，構成一個光通道。每個光通道的成像結果由同一塊圖像傳感芯片記錄，從而實現多光譜圖像信息的同時獲取。該系統通過機械裝置將濾光片，微透鏡陣列，圖像傳感芯片分別固定，并通過調節其相對位置實現校準。該系統的缺點在于濾光片的每個通道和陣列中各透鏡之間的校準精度要求較高，當有外界擾動時，微小的位置失配會導致不同顏色的光線入射到同一透鏡中，導致針對某一波段圖像數據的不準確，影響系統的整體成像性能。此外，該系統僅針對可見光波段工作，無法實現近紅外波段圖像的獲取。同時，該系統還存在各組件分立，集成度不高的缺點，這些都不利于應用領域的拓展。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是提供一種基于多通道光譜成像的多光譜圖像捕捉系統。為了解決上述技術問題，本技術所采用的技術方案是—種多光譜圖像捕捉系統，包括一多譜成像鏡頭，所述多譜成像鏡頭的后方設置有一用于感光成像的CMOS圖像傳感器，所述CMOS圖像傳感器固定在一光學平臺上，所述多譜成像鏡頭包括多通道濾波片及陣列式微透鏡，所述陣列式微透鏡的每個透鏡單元與多通道濾波片的一個濾波單元對應構成一個光通道。進一步作為優選的實施方式，所述多通道濾波片為干涉型濾波片，采用高低折射率材料相間的多膜系結構。進一步作為優選的實施方式，所述多通道濾波片與陣列式微透鏡鍵合連接。優選地，所述光學平臺通過傳動機構連接有微型直線電機。優選地，所述CMOS圖像傳感器通過USB數據線連接有電腦。本技術的有益效果是本技術采用集成了多通道濾波片及陣列式微透鏡的多譜成像鏡頭，從而解決了當外界擾動時，因濾波片與透鏡相對位置失配引起的成像質量降低的問題；另本技術濾波片采用干涉濾波片的多膜系結構，可實現可見光與近紅外波段的多通道集成；進一步，本技術系統引入了微型直線電機，從而實現了系統的自動對焦功能。附圖說明圖I是本技術多光譜圖像捕捉系統的結構示意圖；圖2是本技術陣列式透鏡的結構示意圖；圖3是本技術多通道濾波片的結構示意圖；圖4是本技術中多譜成像鏡頭截面的結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術的具體實施方式作進一步說明，但本技術的實施和保護范圍并不限于此。參照圖1，一種多光譜圖像捕捉系統，包括一多譜成像鏡頭10，所述多譜成像鏡頭10的后方設置有一用于感光成像的CMOS圖像傳感器20，所述CMOS圖像傳感器20固定在一光學平臺30上，所述多譜成像鏡頭10包括多通道濾波片12及陣列式微透鏡14，所述陣列式微透鏡14的每個透鏡單元與多通道濾波片12的一個濾波單元對應構成一個光通道，該系統還包括外殼70，CMOS圖像傳感器20經USB數據線連接有電腦60。優選地，所述多通道濾波片12為干涉型濾波片，采用高低折射率材料相間的多膜系結構，可集成可見光及近紅外(波長范圍在400nm-1000nm)波段的多個光通道，呈馬賽克狀。陣列式微透鏡14采用光刻膠熱熔及反應離子蝕刻技術制成，每個透鏡單元與濾光片的一個單元構成一個光通道，實現某一單色光的成像。目標物體發出的光線經多通道濾波片12過濾后實現光譜分離，之后被各通道獨立成像，同時被CMOS圖像傳感器20接收并通過USB數據線50傳送到外置的電腦60上，從而實現多光譜圖像的同時捕捉。在實際鏡頭的設計上，為保證各波長圖像的分辨率，每種波長對應多個光通道，其目標圖像由這些通道獲取的多幅圖像重建獲得。參照圖4，多通道濾波片12與陣列式微透鏡14通過鍵合技術實現集成，構成多譜成像鏡頭，實際應用中可以采用粘結鍵合或者熱壓鍵合的方式。CMOS圖像傳感器20通過支架固定在光學平臺30上，通過光學平臺30可實現橫向移動，從而使CMOS圖像傳感器20的感光區域與固定在外殼70上的多譜成像鏡頭10對準。優選地，光學平臺30通過傳動機構連接有微型直線電機40，在微型直線電機40的驅動下，光學平臺30可做縱向移動(即圖I所示的Z方向)，從而調節CMOS圖像傳感器20與多譜成像鏡頭10間的距離，同時配合像質評價算法軟件可實現系統自動對焦。此外，還將通過微動螺釘實現光學平臺30在X方向的移動和y方向的移動，用以將CMOS圖像傳感器20的感光區域與多譜成像鏡頭10對準。某一波長對應多個光通道，這些通道通過微透鏡獨立成像，依據這些圖像的灰度數據進行重建，即可獲得該波長下的圖像信息。不同波長的圖像在CMOS圖像傳感器20上被同時記錄，因此系統可同時實現多波長圖像信息的捕捉。本技術涉及的多譜成像鏡頭10由一個多通道濾波片12和一個陣列式微透鏡14集成而成。多通道濾波片12的濾波片的濾光區域采用高低折射率材料相間的多膜系結構，通過化學汽相沉積或磁控濺射的方式實現，同時配合組合反應離子蝕刻技術實現不同波段的多通道集成。濾光區域的通道數目可按照系統實際要求選擇，工作波段可覆蓋整個可見光區域及一部分近紅外區域(400nm-1000nm)。在制作時為了方面后續的集成工藝，在基片上通過光刻技術制作十字記號(其俯視示意圖如圖3所示)，多通道濾波片12的各個濾波單元可分別對應不同波長的光線。此外，在濾波片的背面，與濾光區域相應的位置采用濕法刻蝕技術刻出一個20 μ m深的矩形凹槽，用以在和陣列式微透鏡14集成時容納透鏡。陣列式微透鏡14采用光刻膠熱熔及反應離子刻蝕技術制作，陣列規格可依據濾波片的通道數目確定。每一個微透鏡的孔徑約為800 μ m，高度約10 μ m，焦距約為6mm。在制作時也要在基片的同一位置留下十字記號(其俯視示意圖如圖2所示)。二者的集成采用粘著鍵合技 術實現，通過兩個基片上同一位置的十字標記進行對準，最終制成本技術系統所述的多譜成像鏡頭10，其截面示意圖如圖4所示。這樣，本技術多譜成像鏡頭從根本上解決了當存在外界擾動時，因二者相對位置失配引起的系統成像質量降低的問題。此外，在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多光譜圖像捕捉系統，包括一多譜成像鏡頭（10），所述多譜成像鏡頭（10）的后方設置有一用于感光成像的CMOS圖像傳感器（20），所述CMOS圖像傳感器（20）固定在一光學平臺（30）上，其特征在于：所述多譜成像鏡頭（10）包括多通道濾波片（12）及陣列式微透鏡（14），所述陣列式微透鏡（14）的每個透鏡單元與多通道濾波片（12）的一個濾波單元對應構成一個光通道。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：邸思，杜如虛，金建，姚豫培，唐觀榮，陳賢帥，
申請(專利權)人：廣州中國科學院先進技術研究所，
類型：實用新型
國別省市：