[发明专利]一种可精密调节狭缝位置的旋转成像光谱系统

说明书

本发明公开了一种可精密调节狭缝位置的旋转成像光谱系统，包括狭缝调节模组、成像光谱模组、电动旋转台三个部分；狭缝调节模组通过二维精密调节狭缝位置使狭缝位于成像光谱系统旋转中心以避免偏心旋转造成的图谱畸变；成像光谱模组对待测物体的狭缝对应线型区域所反射或发射光线进行衍射分光，由感光芯片接收分光衍射光线；电动旋转台旋转控制成像光谱模组旋转，对待测物体旋转扫描成像，获取待测物体的二维图像和光谱信息。本发明通过引入狭缝调节模组，可以精密调整狭缝位置使其位于成像光谱系统旋转中心以校正偏心旋转所造成的图像畸变，较为优良地改善旋转图谱仪的成像效果。并且设计的狭缝宽度随旋转半径增大，可以最大程度地减少较大旋转半径下，由补偿插值所带来的图像失真。

技术领域

本发明涉及一种可精密调节狭缝位置的旋转成像光谱系统。

背景技术

目前，成像光谱仪以多通道光谱技术为基础，集光学成像和光谱测量为一体，可以同时获取目标的图像信息和对应的光谱信息。成像光谱仪能够对物质的结构和成分进行分析、测量和处理，具有分析精度高、测量范围广等优点，广泛应用于石油、材料、农学、地质勘探、生物化学、医药卫生、环境保护、安全检测等领域。旋转成像光谱仪集成了推扫式成像光谱仪的高空间及光谱分辨率的优点，并且同轴旋转的方式可避免推扫式高光谱成像方式所需较大推扫空间的不足，对待测物体实现较快扫描成像。

文献‘Cai, F., et al., The design and implementation of portablerotational scanning imaging spectrometer. OPTICS COMMUNICATIONS, 2020. 459(125016)’一文中引入了一种旋转扫描成像光谱仪。但是观察其扫描成像结果不甚理想，甚至有较大畸变，如图1（a）所示。其原因之一在于系统装调过程中，狭缝的位置通常不在系统旋转中心，旋转扫描成像结果将会产生较大畸变。因此，本发明确定狭缝偏移量和精密调节狭缝位置并引入狭缝调节模组以调整狭缝使其位于成像光谱系统旋转中心，对旋转式图谱仪非常重要。另外，本发明的旋转扫描式成像光谱系统在扫描过程中，成像镜头、分光元件和感光设备跟随旋转平台共同移动，与该文献仅仅旋转镜头和分光元件的半旋转式的工作方式相比，可避免狭缝相对感光芯片的位置变动，其稳定性更好，图像拼接算法更加简单。

确定狭缝偏移量和精密调节狭缝位置，对旋转式图谱仪非常重要。我们设计的图谱仪，通过精密调节台和图像算法，解决该难题，从而完整精确的对待测物体扫描成像。

并且研究旋转成像结果后发现，靠近旋转中心部分，采样数量（即探测信息）较为充足甚至重叠，如图2所示；而随着旋转半径的增大，探测信息会越来越少甚至丢失，这就意味着后期图像恢复需要插值补偿，造成所探测图像信息的失真。

发明内容

为了克服现上述现有技术的不足，本发明提供一种可精密调节狭缝位置的旋转成像光谱系统，该系统通过引入狭缝调节模组，可以调整狭缝使其位于成像光谱系统旋转中心以校正偏心旋转所造成的图像畸变，较为优良地改善旋转图谱仪的成像效果，且设计的狭缝宽度随旋转半径增大，可以最大程度地减少较大旋转半径下，由补偿插值所带来的图像失真。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种可精密调节狭缝位置的旋转成像光谱系统包括狭缝调节模组、成像光谱模组、电动旋转台三个部分。狭缝调节模组通过二维精密调节狭缝位置使狭缝位于成像光谱系统旋转中心以避免偏心旋转造成的图谱畸变；成像光谱模组对待测物体的狭缝对应线型区域所反射或发射光线进行衍射分光，由感光芯片拍摄分光衍射光线；电动旋转台旋转控制成像光谱模组旋转，对待测物体旋转扫描成像，获取待测物体的二维图像和一维光谱信息。本系统通过引入狭缝调节模组，可以精密调整狭缝位置使其位于成像光谱系统旋转中心，以校正偏心旋转所造成的图像畸变，较为优良地改善旋转图谱仪的成像效果。并且设计的狭缝宽度在较大半径处随旋转半径增大而缓慢增大，可以最大程度地减少较大旋转半径下，由补偿插值所带来的图像失真。克服了传统型旋转光谱成像扫描图像畸变失真的明显局限性。