CN215179622U - 多光谱通道器件以及多光谱通道分析装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种多光谱通道器件以及多光谱通道分析装置，能够进行简单的光谱通道标定，从而获得高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率的场景信息。所述多光谱通道器件包括多光谱膜层，分布有多个光谱通道阵列，包括阵列排布的光谱通道，且一个所述光谱通道阵列中的每一光谱通道都用于通过不同波长的光信号；至少存在一个所述光谱通道阵列，该光谱通道阵列具有一个以上所述光谱通道被标定通道取代，所述标定通道与所述光谱通道的透光率不同，以形成标定通道阵列；光电传感器，包括像素阵列，包括阵列排布的多个像素单元，设置于所述多光谱膜层的下方，用于接收自所述光谱通道阵列射入的光信号，并进行光电转换输出图像信息。

Description

多光谱通道器件以及多光谱通道分析装置

技术领域

本申请涉及光谱通道标定领域，具体涉及多光谱通道器件以及多光谱通道分析装置。

背景技术

光谱采集技术是计算摄像学的其中一个很重要的研究方向。早期的光谱采集技术利用光谱特性，如利用光的干涉原理来采集光谱，复杂且需要很长的测量时间。现有技术中也常常采用三原色(RGB:Red，Green，Blue)成像原理去捕捉场景的RGB三通道信息。但真实世界场景中的光谱信息十分丰富，从光源发出或经物体反射的光线具有丰富的波长，包含大量的信息，因此光谱采集技术已成为了进行科学研究与工程应用的有效工具。如果只对是上述三个通道的色彩信息进行捕捉，就会丢失大量其他的信息，导致针对这些场景图像进行分析时，不能获取到最全的色彩信息，分析结果存在误差。因此，如何快速、准确地完成***的光谱通道标定，对采集结果的准确性起着重要的作用，发展多光谱采集技术是当务之急。

多光谱采集技术是基于计算摄像的新型成像技术，能够对整个场景中的光谱信息进行采集与重构的工作，通常可以分为三类：光谱分析仪、扫描式光谱成像仪和单次拍摄成像光谱仪。各种技术解决方案都是通过牺牲空间或时间分辨率的方式对于光谱分辨率进行补偿，以采集多光谱信息，并且需要对不同通道进行标定，标定过程繁琐，标定元件昂贵。如何进行简单的光谱通道标定，从而获得高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率的场景信息，仍然是一个难题。

实用新型内容

鉴于此，本申请提供一种多光谱通道器件以及多光谱通道分析装置，能够进行简单的光谱通道标定，从而获得高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率的场景信息，仍然是一个难题。

本申请提供的一种多光谱通道器件，包括：多光谱膜层，分布有多个光谱通道阵列，所述光谱通道阵列包括阵列排布的光谱通道，且一个所述光谱通道阵列中的每一光谱通道都用于通过不同波长的光信号；至少存在一个所述光谱通道阵列，该光谱通道阵列具有一个以上所述光谱通道被标定通道取代，所述标定通道与所述光谱通道的透光率不同，以形成标定通道阵列；光电传感器，包括像素阵列，所述像素阵列包括阵列排布的多个像素单元，设置于所述多光谱膜层的下方，用于接收自所述光谱通道阵列射入的光信号，并进行光电转换输出图像信息。

可选的，所述标定通道的透光率是所述光谱通道的十倍或以上，所述光谱通道的透光率小于或等于10％。

可选的，所述光谱通道的透光率是所述标定通道的十倍或以上，所述标定通道的透光率小于或等于10％。

可选的，所述多光谱膜层包括滤光层，所述滤光层的不同色块对应至不同的光谱通道。

可选的，所述多光谱膜层还包括遮光片，设置在所述标定通道的分布范围内，用于调整所述标定通道的透光率。

可选的，各个所述光谱通道阵列呈阵列排布，且相邻两所述光谱通道阵列之间的距离为零。

可选的，所述标定通道阵列的数目为3个以上的奇数个，或为3个以上的偶数个，且所述3个以上的偶数个所述标定通道阵列不对称设置于所述光谱通道阵列的分布区域。

可选的，所述光谱通道阵列分布区域呈矩形，所述标定通道阵列的数目为3个，分别靠近所述四边形的不同的顶角设置。

可选的，每一所述标定通道阵列中都包含一个所述标定通道，且各个所述标定通道阵列内的所述标定通道均设置在该标定通道阵列的同一位置。

可选的，所述标定通道阵列与所述光谱通道阵列的分布区域最外侧边缘之间设置有至少一个不含有所述标定通道的光谱通道阵列。

可选的，还包括盖板，所述盖板设置于所述多光谱膜层的上方，用于为所述光谱通道和标定通道提供防护。

本申请提供的一种多光谱通道分析装置，包括所述多光谱通道器件，以及：存储器，用于存储所述光谱通道阵列的分布区域以及所述标定通道阵列的分布位置，以及所述光谱通道和标定通道的透光率；控制器，连接至所述光电传感器以及所述存储器，用于获取所述图像信息，以及根据所述图像信息、所述光谱通道阵列的分布区域以及所述标定通道阵列的分布位置，以及所述光谱通道和标定通道的透光率，进行光谱通道位置标定分析。

可选的，各个所述像素单元分别对应至一光谱通道或所述标定通道，所述多光谱通道分析装置还包括补偿电路，所述补偿电路连接至所述存储器以及所述像素阵列，用于根据所述光谱通道和标定通道的位置关系，以及所述光谱通道和标定通道的透光率，补偿所述标定通道对应的像素单元输出的图像信息

本申请中的多光谱膜层包括光谱通道阵列，其中存在一种标定通道阵列，其中的一个以上的光谱通道被替换为了标定通道，该标定通道与光谱通道的透光率不同，在所述标定通道相对于所述光谱通道的位置已知，并且透光率也已知的情况下，可以根据透光率分辨出标定通道的位置，并进一步根据所述标定通道和光谱通道的位置关系判定出光谱通道的排列顺序，从而简单的完成对多光谱***进行光谱通道标定。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的一实施例中所述多光谱通道器件的侧面剖切示意图。

图2为本申请的一实施例中所述滤光层的俯视示意图。

图3为本申请的一实施例中所述多光谱通道分析装置的结构示意图。

图4为本申请的一实施例中进行多光谱通道分析时的步骤流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例来对多光谱通道器件以及多光谱通道分析装置进行进一步的说明。

请参阅图1，为本实用新型的实施例中所述多光谱通道器件的侧面剖切示意图。

在该实施例中，所述多光谱通道器件包括多光谱膜层100、盖板102以及光电传感器，所述光电传感器并未在图1中示出。

所述多光谱膜层100分布有多个光谱通道阵列，所述光谱通道阵列包括阵列排布的光谱通道，且一个所述光谱通道阵列中的每一光谱通道都用于通过不同波长的光信号。这些光谱通道阵列中至少存在一个，该光谱通道阵列具有一个以上所述光谱通道被标定通道取代，所述标定通道与所述光谱通道的透光率不同，以形成标定通道阵列。

由于所述标定通道与所述光谱通道透光率不同，因此，可通过分析经过所述光谱通道阵列后的光信号的亮度，来获取所述标定通道的位置，从而实现多光谱通道的位置标定。

请参阅图2，为一实施例中所述多光谱通道器件的滤光层的俯视图。

在该实施例中，所述光谱通道可以通过设置滤光层来实现。所述滤光层可以是彩色玻璃等具有一定滤光功能的材质。由于只有与所述滤光层的色块颜色一致的光线才可以通过所述色块，因此可以通过在所述多光谱膜层100设置所述滤光层来实现对不同光线的波段限制，构建所述光谱通道。

所述色块的种类对应至所述光谱通道的数目。在一个所述光谱通道阵列中，包含所有种类的所述光谱通道各一。

在该实施例中，所述滤光层101包括六种色块，对应至S1到S6六个不同颜色，光谱通道阵列中的六种色块呈3×2的阵列分布。

实际上也可以用其他的排布方式去排布不同种类的所述色块，如排布成2×3的阵列形式等。在光谱通道数目不同时，也可根据具体的光谱通道数目进行排布，例如：所述光谱通道的数目为8个时，可以排布成4×2的阵列，或2×4的阵列。

对通过这些光谱通道阵列201的光信号进行模数转换、数字信号处理等，就可以获取到该多光谱通道器件外的图像信息。

在该实施例中，通过标定通道202与光谱通道的透光率的不同，可以简化标定过程中的分析难度。具体的，所述标定通道202与光谱通道的透光率相差很较大，在获取到最终的图像信息后可直接根据透光率的差别确定所述标定通道202的位置，从而确定所述光谱通道的位置。

例如，在一种实施例中，所述标定通道202的透光率远高于所述光谱通道的透光率，是所述光谱通道的透光率的十倍或以上，并且，所述光谱通道的透光率小于或等于10％，这时，通过所述标定通道202的光线更强，通过所述光谱通道的光线更弱，在已知标定通道202与光谱通道位置关系的前提下，分析所述多光谱通道器件获取到的图像信息中的最亮点，即可确定所述标定通道202的位置，继而获取到所述光谱通道的位置，实现所述光谱通道的位置标定。

在该实施例中，可以通过在所述滤光层101挖设空槽或者设置无色透明块，来构建所述标定通道202。该空槽或者无色透明色块不会阻挡光线的入射，滤光片不会影响到所述标定通道202的透光率。

在该实施例中，各种色块、所述空槽以及无色透明块都具有相同的尺寸。实际上，也可以根据需要，设置不同的尺寸。例如，要对第一波段的光线进行更多的采集，则只需对该第一波段对应的第一色块进行尺寸的特别设置，将该第一色块设置的更大即可实现更多的采集。

在另一种实施例中，所述标定通道202的透光率远低于所述光谱通道的透光率，所述光谱通道的透光率是所述标定通道202的十倍或以上，并且，所述标定通道202的透光率小于或等于10％。

这时，通过所述光谱通道的光线更强，通过所述标定通道202的光线更弱，在已知标定通道202与光谱通道位置关系的前提下，分析所述多光谱通道器件获取到的图像信息中的最暗点，即可确定所述标定通道202的位置，继而获取到所述光谱通道的位置，实现所述光谱通道的位置标定。

在该实施例中，可以通过在所述滤光层101设置黑色色块，来构建所述标定通道202。可以通过所述滤光层101实现所述标定通道202。所述滤光层101对应至标定通道202的色块呈黑色色块，由于黑色吸光性较好，因此会大大减小该黑色色块区域的透光度。

在其他的实施例中，也可以通过在所述多光谱膜层100中设置遮光片，来构建所述标定通道202。所述遮光片分布在与所述标定通道202对应的区域，遮挡所有进光，从而满足所述标定通道202的透光率要求。

在图1所述的实施例中，所述多光谱通道器件还包括像素阵列104，所述像素阵列104设置于所述多光谱膜层100的下方，包括阵列排布的多个像素单元，所述像素单元的排布方式与所述光谱通道的排布方式相同，一一对应。每一像素单元对应获取一个光谱通道出射的光信号，并且对各个光谱通道和标定通道202出射的光信号进行光电转换，输出图像信息。

所述光电传感器包括像素阵列104，所述像素阵列104包括多个阵列排布的像素单元，呈阵列排布，并且所述像素阵列104的表面积大于或等于所述多光谱膜层100的表面积。在一些其他的实施例中，在所述光谱通道以及标定通道202的分布区域并没有遍布整个多光谱膜层100时，所述像素阵列104的表面积等于或大于所述光谱通道以及标定通道202的分布区域的表面积。

在制备所述多光谱通道器件时，可以根据像素单元的数目的需要选择所述光电传感器。

在图1、图2所示的实施例中，所述光谱通道以及所述标定通道202在所述像素阵列104所在平面上的投影与其对应的像素单元重合。实际上，所述光谱通道以及所述标定通道202在所述像素单元所在平面上的投影，也可以与对应的像素单元之间有一定距离，只要所述距离已知即可。此时，所述多光谱膜层100还包括折射层，入射至所述光谱通道以及所述标定通道202的光信号经过了所述折射层，再出射至对应的像素单元。

在该实施例中，所述多光谱通道器件还包括盖板102，所述盖板102设置于所述多光谱膜层100的上方，用于为所述光谱通道和标定通道202提供防护。

所述盖板102直接覆盖在所述多光谱膜层100的上表面，且所述盖板102的表面积大于等于所述多光谱膜层100的表面积，以完整覆盖所述多光谱膜层100的上表面，对所述多光谱膜层100实现完整、全面的防护。

所述盖板102包括玻璃、有机塑料等中的至少一种，并且所述盖板102的透光率理想状态下应为100％，不会阻碍入射至所述多光谱通道器件的光信号的传播。并且，所述盖板102应当为无色的盖板102，防止对通过所述盖板102的光信号的波长有任何限制。

在图2所示的实施例中，各种不同的所述光谱通道阵列201呈阵列排布，且相邻两所述光谱通道阵列201之间的距离为零。

在一种优选的实施例中，所述标定通道阵列203的数目为3个以上的奇数个，以防止在使用所述多光谱通道器件进行光谱通道标定分析时出现镜像，导致无法分辨各个所述光谱通道的摆放方向，引起标定谬误。

在另一种优选的实施例中，所述标定通道阵列203的数目为3个以上的偶数个，且所述3个以上的偶数个所述标定通道阵列不对称设置于所述光谱通道阵列的分布区域，以克服镜像问题。

在图2所示的实施例中，所述光谱通道阵列201分布区域呈矩形，所述标定通道阵列203的数目为3个，分别靠近所述四边形的不同的顶角设置。

所述标定通道阵列203包含所述标定通道202(X1、X2、X3)，设置在由所述光谱通道阵列201构成的阵列中的第二行、第二列，以及第二行、倒数第二列，以及倒数第二行、第二列。将这些标定通道阵列203设置在这些区域，可以保证各个标定通道202之间的距离足够宽，更加便于识别各个所述标定通道202，可以增加光谱通道标定的准确性。

实际上，也可根据需要设置所述标定通道阵列203的具***置，如将所述标定通道阵列203设置在所述光谱通道阵列201分布区域内的边缘位置，但是设置在同一侧边缘等。将所述标定通道202设置在所述多光谱膜层100的边缘区域，便于对整个所述多光谱膜层100进行定位。

所述标定通道阵列203与所述光谱通道阵列201的分布区域最外侧边缘之间设置有至少一个不含有所述标定通道202的光谱通道阵列201，可以防止将该标定通道202设置在最边缘时，工艺制备的不完善导致的标定通道202偏移，给工艺制备预留一些加工空间，从而提高所述多光谱通道器件的制备成功率。

在图2所示的实施例中，每一所述标定通道阵列203中都包含一个所述标定通道202，且各个所述标定通道阵列203内的所述标定通道202均设置在该标定通道阵列203的同一位置。在后续对标定通道202射出的光信号进行补偿时，可以对标定通道阵列203中的标定通道202进行统一幅度的补偿，而无需对各个不同的标定通道202进行针对性的补偿计算。

在其他的实施例中，也可将各个所述标定通道阵列203中的标定通道202设置在不同位置，占用不同种类的光谱通道的位置，只要所述标定通道202的位置已知即可，这样降低所述多光谱通道器件的制备难度。

本申请的实施例中还提供了一种多光谱通道分析装置。

请参阅图3，为一实施例中所述多光谱通道分析装置的结构示意图。

在该实施例中，所述多光谱通道分析装置包括如图1、图2所示的实施例中所述的多光谱通道器件300、存储器302以及控制器303。

所述存储器302用于存储所述光谱通道阵列201的分布区域以及所述标定通道阵列203的分布位置，以及所述光谱通道和标定通道202的透光率。

所述存储器302包括非易失性存储器302如SSD固态硬盘或闪存，或进一步的包括缓存，所述缓存由DRAM或SDRAM来实现，在所述多光谱通道分析装置上电时，所述非易失性存储器302将所述光谱通道阵列201的分布区域以及所述标定通道阵列203的分布位置，以及所述光谱通道和标定通道202的透光率等信息加载到所述缓存中，以供所述控制器303快速取用，从而加快多光谱分析速度。

所述控制器303连接至所述光电传感器以及所述存储器302，用于获取所述图像信息，以及根据所述图像信息、所述光谱通道阵列201的分布区域以及所述标定通道阵列203的分布位置，以及所述光谱通道和标定通道202的透光率，进行光谱通道位置标定分析。

所述控制器303可由单片机、可编程逻辑器件或微控制器303中的至少一种来实现。

在该实施例中，所述多光谱通道分析装置还包括输入输出设备，所述输入输出设备连接至所述存储器302，用户能够通过所述输入输出设备，向所述多光谱通道分析装置内输入所述光谱通道和标定通道202的位置关系，以及所述光谱通道和标定通道202的透光率。

所述像素阵列104中的像素单元与所述光谱通道以及所述标定通道202一一对应分布，所述多光谱通道分析装置还包括补偿电路，所述补偿电路连接至所述存储器302以及所述像素阵列104，用于根据所述光谱通道和标定通道202的位置关系，以及所述光谱通道和标定通道202的透光率，补偿所述标定通道202对应的像素单元输出的图像信息。

在一种优选的实施例中，所有所述标定通道202设置在不同所述标定通道阵列203中的同一位置，占用了同一种光谱通道的位置，因此在对标定通道202对应的像素信息进行补偿时，可以对各个所述标定通道202进行统一幅度的补偿，而无需对各个不同的标定通道202进行针对性的补偿计算。

在其他的实施例中，也可将所有所述标定通道202设置在不同所述第一阵列中的不同位置，占用不同种类的光谱通道的位置，只要所述标定通道202的位置已知即可，降低所述多光谱通道器件300的制备难度。

请参阅图4，为一实施例中使用所述多光谱通道分析装置进行光谱通道的分析标定时的步骤流程示意图。

在该实施例中，所述在使用图3所示的实施例中的多光谱通道分析装置进行光谱通道的标定分析时，包括以下步骤：

步骤S401：将多光谱通道器件300放置在白光光源下，进行图像采集，所述多光谱通道器件300中标定通道202的位置已知，且所述标定通道202的透光率为100％，所述光谱通道的透光率为9％，因此标定通道202的透光率是所述光谱通道的透光率10倍以上；

步骤S402：采集的图像中找出最亮的3个点，对应至所述标定通道202的位置，从而推算出其他光谱通道的位置；

步骤S403：记录标定后得到的光谱通道的顺序；

步骤S404：对标定通道202对应的像素单元获取的像素信息进行修复，并输出修复后的像素单元。

由于所述标定通道202的透光率与其他的光谱通道的透光率有差别，并且所述标定通道202的透光率至少是光谱通道的透光率的10倍，因此这些标定通道202对应的点可以被判定是采集到的图像的坏点，在进行修复时，可以采用插值修复的方法，利用坏点区域与周围区域的有效性的相关性来实现对这些点的修复，或利用迭代算法来实现修复。

修复的目标在于，将经过了这些相对于原来的光谱通道，较为异常的标定通道202的光信号，所形成的图像修复成原本应该有的状态，像素点从高亮的坏点状态修复至原来的状态。

需要注意的是该实施例中没有设置所述补偿电路，由所述补偿电路来实现所述坏点修复，而是通过计算机内置的算法，在获取到所述图像信息后进行的算法补偿。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种多光谱通道器件，其特征在于，包括：

多光谱膜层，分布有多个光谱通道阵列，所述光谱通道阵列包括阵列排布的光谱通道，且一个所述光谱通道阵列中的每一光谱通道都用于通过不同波长的光信号；

至少存在一个所述光谱通道阵列，该光谱通道阵列具有一个以上所述光谱通道被标定通道取代，所述标定通道与所述光谱通道的透光率不同，以形成标定通道阵列；

光电传感器，包括像素阵列，所述像素阵列包括阵列排布的多个像素单元，设置于所述多光谱膜层的下方，用于接收自所述光谱通道阵列射入的光信号，并进行光电转换输出图像信息。

2.根据权利要求1所述的多光谱通道器件，其特征在于，所述标定通道的透光率是所述光谱通道的十倍或以上，所述光谱通道的透光率小于或等于10％。

3.根据权利要求1所述的多光谱通道器件，其特征在于，所述光谱通道的透光率是所述标定通道的十倍或以上，所述标定通道的透光率小于或等于10％。

4.根据权利要求1所述的多光谱通道器件，其特征在于，所述多光谱膜层包括滤光层，所述滤光层的不同色块对应至不同的光谱通道。

5.根据权利要求1所述的多光谱通道器件，其特征在于，所述多光谱膜层还包括遮光片，设置在所述标定通道的分布范围内，用于调整所述标定通道的透光率。

6.根据权利要求1所述的多光谱通道器件，其特征在于，各个所述光谱通道阵列呈阵列排布，且相邻两所述光谱通道阵列之间的距离为零。

7.根据权利要求6所述的多光谱通道器件，其特征在于，所述光谱通道阵列分布区域呈矩形，所述标定通道阵列的数目为3个，分别靠近所述四边形的不同的顶角设置。

8.根据权利要求1所述的多光谱通道器件，其特征在于，每一所述标定通道阵列中都包含一个所述标定通道，且各个所述标定通道阵列内的所述标定通道均设置在该标定通道阵列的同一位置。

9.根据权利要求1所述的多光谱通道器件，其特征在于，所述标定通道阵列与所述光谱通道阵列的分布区域最外侧边缘之间设置有至少一个不含有所述标定通道的光谱通道阵列。

10.根据权利要求1所述的多光谱通道器件，其特征在于，所述标定通道阵列的数目为3个以上的奇数个，或为3个以上的偶数个，且所述3个以上的偶数个所述标定通道阵列不对称设置于所述光谱通道阵列的分布区域。

11.根据权利要求1所述的多光谱通道器件，其特征在于，还包括盖板，所述盖板设置于所述多光谱膜层的上方，用于为所述光谱通道和标定通道提供防护。

12.一种多光谱通道分析装置，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述多光谱通道器件，以及：

存储器，用于存储所述光谱通道阵列的分布区域以及所述标定通道阵列的分布位置，以及所述光谱通道和标定通道的透光率；

控制器，连接至所述光电传感器以及所述存储器，用于获取所述图像信息，以及根据所述图像信息、所述光谱通道阵列的分布区域以及所述标定通道阵列的分布位置，以及所述光谱通道和标定通道的透光率，进行光谱通道位置标定分析。

13.根据权利要求12所述的多光谱通道分析装置，其特征在于，各个所述像素单元分别对应至一光谱通道或所述标定通道，所述多光谱通道分析装置还包括补偿电路，所述补偿电路连接至所述存储器以及所述像素阵列，用于根据所述光谱通道和标定通道的位置关系，以及所述光谱通道和标定通道的透光率，补偿所述标定通道对应的像素单元输出的图像信息。

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