基于分光棱镜式的多光谱成像系统研究
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摘要
传统成像光谱仪器多以实验室仪器和专用仪器的形式出现,由于体积庞大、价格昂贵,而大大地限制了其应用范围。在许多应用领域,成像光谱仪器的尺寸的缩小比提高其分辨率更为重要。
课题以分光棱镜多光谱成像仪为研究的目标,分析了成像光谱仪在设计上所存在的问题,通过几何光学光路的计算和优化,能够减少部分设计中存在的问题。提出了棱镜分光和窄带滤波器的配合方案,通过ZEMAX软件给出了设计的具体过程和优化参数,确保了光学成像系统的稳定性和实效性。
通过设计的光谱仪模型,借助于CCD传感器拍摄了几组桔子照片,通过图像处理软件MATLAB的处理,分析了在不同光谱下的图像,通过RYGB四色图像的对比,能够较好地区分水果的外观品质,光谱仪可以方便地使用在机器视觉中,减轻劳动力,提高效率。
Traditional imaging appears most in laboratory instruments and spectral apparatus, during to huge volume, expensive price, the scope of application is limited much more. In many applications, reducing the size of the spectral instrument imaging is more important than improving the resolution.
The paper is to study the prism spectrometer imaging, and analyses the existing problems in designing spectrometer, and through the calculation and optimization of geometrical optical path, we can reduce this problems. Then come up with the idea of cooperating the optical prism with the narrowband filter, giving the detail process and the optimized parameters through the ZEMAX software, ensure the stability and the pragmatically of the optical imaging systems.
Through the designing of the model, by CCD sensor spectrometer took a group of photo oranges, through the image processing software MATLAB, the paper analyses the images in different spectrum. Through the RYGB four-color image contrast, we can identify best the exterior quality of fruit. The spectrometer can be easily used in machine's visual sense, and increase efficiency.
课题以分光棱镜多光谱成像仪为研究的目标,分析了成像光谱仪在设计上所存在的问题,通过几何光学光路的计算和优化,能够减少部分设计中存在的问题。提出了棱镜分光和窄带滤波器的配合方案,通过ZEMAX软件给出了设计的具体过程和优化参数,确保了光学成像系统的稳定性和实效性。
通过设计的光谱仪模型,借助于CCD传感器拍摄了几组桔子照片,通过图像处理软件MATLAB的处理,分析了在不同光谱下的图像,通过RYGB四色图像的对比,能够较好地区分水果的外观品质,光谱仪可以方便地使用在机器视觉中,减轻劳动力,提高效率。
Traditional imaging appears most in laboratory instruments and spectral apparatus, during to huge volume, expensive price, the scope of application is limited much more. In many applications, reducing the size of the spectral instrument imaging is more important than improving the resolution.
The paper is to study the prism spectrometer imaging, and analyses the existing problems in designing spectrometer, and through the calculation and optimization of geometrical optical path, we can reduce this problems. Then come up with the idea of cooperating the optical prism with the narrowband filter, giving the detail process and the optimized parameters through the ZEMAX software, ensure the stability and the pragmatically of the optical imaging systems.
Through the designing of the model, by CCD sensor spectrometer took a group of photo oranges, through the image processing software MATLAB, the paper analyses the images in different spectrum. Through the RYGB four-color image contrast, we can identify best the exterior quality of fruit. The spectrometer can be easily used in machine's visual sense, and increase efficiency.
引文
[1]董慧茹,张志文.商品光电光谱仪的技术进展[J].分析仪器,1997,(3)：2-7.
[2]鞠挥,吴一辉.微型光谱仪的发展现状[J].光学精密工程,2001,9(4)：372-376.
[3]范世福.光谱技术和仪器的新发展[J].成像光谱仪器与分析,2000,2：12-17.
[4]吴国安；光谱仪器设计[M].北京：科学出版社,1978.
[5]李全臣,等.光谱仪器原理[M].北京：北京理工大学出版社,1999.
[6]K.N.塔拉索夫.光谱仪器[M].北京：机械工业出版社,1985.
[7]苏学征.新型多道成像光谱仪Mechelle[J].现代科学仪器,2005,(3)：89-90.
[8]郑玉权,禹秉熙.成像成像光谱仪分光技术概览[J].遥感学报,2002,6(1)：75-80.
[9]袁雷,刘辉等.柑橘品质的近红外光谱无损检测[J].光谱实验室,2006,23(4)：820-822.
[10]范世福.现代分析仪器发展的前沿技术和新思想[J].现代科学仪器,2000,(3)：10-13.
[11]张在宣,王玮,张艺.光谱测量技术的进展[J].现代科学仪器,1997,(4)：9-12.
[12]李全臣,蒋月娟.成像光谱仪器原理[M].北京：北京理工大学出版社,1999.
[13]丛李加,张存洲,朱箭,李健.光纤成像光谱仪简介[J].现代科学仪器,1998,(4)：15-16.
[14]史俊锋,惠梅等.成像光谱仪的微型化及其应用[J].光学技术,2003,29(1)：13-16.
[15]李宏光,吴宝宁等.几种颜色测量方法的比较[J].应用光学,2005,26(3)：60-63.
[16]吴国安.成像光谱仪器设计[M].北京：科学出版社,1978.
[17]赵凯华,钟锡华.光学[M].北京：北京大学出版社,1982.
[18]吴继宗,叶关荣.光辐射测量[M].北京：机械工业出版社,1992.
[19]荆其诚,焦书兰.色度学[M].北京：科学出版社,1979.
[20]郁道银,谈恒英.工程光学[M].北京：机械工业出版社,1999.
[21]王子余.几何光学和光学设计[M].杭州：浙江大学出版社,1989.
[22]王庆有,孙学珠.CCD应用技术[M].天津：天津大学出版社,1993.
[23]蔡文贵,李永远,许振华.CCD技术及其应用[M].北京：电子工业出版社,1992.
[24]靳丽红,陈小波,李明中,杨经国.以Hg光源为标准谱对可见至近红外区域光谱定标的研究[J].四川大学学报,1998,35(4)：546-550.
[25]李树荣,付敬业,蔡小舒,张玉荣.光纤成像光谱仪的波长标定[J].新技术新工艺,2002,(10)：14-15.
[26]陈文萝.多道光谱检测中CCD响应曲线的校正[J].分析仪器,2004,(4)：34-36.
[27]苗春安,马仁宏.成像光谱仪器的波长准确度及波长校准[J].仪器仪表学报,1997,18(6)：591-595.
[28]姜晶,张国雄,叶关荣.多通道颜色测量系统多色分光仪[J].天津大学学报,1997,30(3)：347-352.
[29]于询,候西旗.非单色成像光谱仪杂散光分析和测量[J].应用光学,1991,12(5)：53-56.
[30]禹秉熙.单色仪的杂散光及其测量[J].计量学报,1991,12(3)：177-180.
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