[发明专利]一种四维高光谱深度成像系统

说明书

本发明公开了一种四维高光谱深度成像系统，包括校准相机、高光谱图谱仪模块、三维形貌扫描模块；校准相机采集物体的表面信息，高光谱图谱仪模块获取表面的高光谱信息，三维形貌扫描模块获取三维形貌信息以及距离信息；将三维形貌扫描模块和校准相机进行标定，将高光谱图谱仪模块和校准相机进行标定，使得校准相机的每一个像素都对应一个三维形貌信息和一个高光谱信息。本发明可以同时根据单个像素点，获取物体的光谱和3D形貌的四维信息,结构紧凑，集成化程度高，操作简便。

技术领域

本发明属于三维形貌测绘领域和光谱成像领域的技术，一个辅助相机与高光谱图谱仪模块和三维形貌扫描模块的标定，实现了一种四维高光谱深度成像系统。

背景技术

根据沙姆原理制作的光片形貌仪可以有效地获取物体表面的三维形貌，与此同时高光谱成像仪可以检测物体表面的荧光光谱数据，但是目前还没有设备系统将这两种技术集合起来，扫描获取物体形貌和高光谱信息四维信息的系统。

在以往的相关技术中，三维形貌扫描和高光谱成像彼此分离，如果要获取空间中某一点的光谱信息往往是通过肉眼估计或者通过繁琐的后续反演处理才能使光谱信息和空间位置一一对应。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种四维高光谱深度成像系统。

一种四维高光谱深度成像系统，包括校准相机、高光谱图谱仪模块、三维形貌扫描模块；校准相机采集物体的表面信息，高光谱图谱仪模块获取表面的高光谱信息，三维形貌扫描模块获取三维形貌信息以及距离信息；将三维形貌扫描模块和校准相机进行标定，将高光谱图谱仪模块和校准相机进行标定，使得校准相机的每一个像素都对应一个三维形貌信息和一个高光谱信息。

所述的高光谱图谱仪模块包括：光路上顺次相连的激光器、分束器、长通滤光片、成像镜头、狭缝、第一个非球面透镜、棱镜光栅组、第二个非球面透镜、面阵相机；激光器发出的激发光水平入射到45度角设置的分束器上，被反射后照射到被检测物体表面，被检测物体受到激光照射并在激发光照射的线状区域内产生荧光信号，荧光信号穿过分束器和长通滤光片后，由成像镜头成像在狭缝上，漫反射的激发光被分束器和长通滤光片滤除；当荧光信号穿过狭缝后，第一个非球面透镜将其准直成平行光，并由棱镜光栅组进行色散分光，经过分光后的荧光由第二个非球面透镜聚焦在面阵相机上获得每一个像素对应的荧光光谱数据。

所述的棱镜光栅组由两个光楔和闪耀光栅组成。

所述的三维形貌扫描模块是结构光、光片形貌仪、双目立体视觉系统在内的任何一种三维成像系统。

所述的三维形貌扫描模块采用光片形貌仪，包括：成像镜头、滤光片及面阵探测器。

所述的光片形貌仪当被摄平面、影像平面、镜头平面这三个面的延长面相交于一直线时，影响平面得到全面清晰的影像，被摄平面不同距离处的目标一一对应到影像平面上的点；其中透镜焦距为f，镜头中心到被摄平面距离为L，镜头平面与被摄平面的夹角是θ，被摄平面对应距离方向z，假设校准距离为z₀，距离具体计算方式如下式1：

其中P为待测目标像素点，P₀为校准距离z₀处对应的像素点，Pixptich 为像素间距，参数P₀由下式2决定：

。

本发明的有益效果：

1、可以同时根据单个像素点，获取物体的光谱和3D形貌的四维信息；

2、结构紧凑，集成化程度高，操作简便；