一種高光譜掃描儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高光譜掃描儀，涉及光譜成像【技術(shù)領(lǐng)域】，所述高光譜掃描儀包括：光譜成像單元用于向待掃描對象照射白光，對待掃描對象的當前掃描行的漫反射光進行分光處理，接收分光處理后的各波段光線，以產(chǎn)生對應各波段光線的電信號；光電轉(zhuǎn)換單元用于接收所述電信號，對電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，以獲得數(shù)字信號，將所述數(shù)字信號發(fā)送至上位機，并向機械傳動單元發(fā)送傳動信號；機械傳動單元在接收傳動信號后，帶動光譜成像單元移動至與待掃描對象的下一掃描行相對處。本發(fā)明的掃描儀在對漫反射光進行分光處理后，面陣探測器接收所述分光處理后的各波段光線，實現(xiàn)光譜成像，保留了待掃描對象的各波段光譜信息。
【專利說明】一種高光譜掃描儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜成像【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高光譜掃描儀。

【背景技術(shù)】
[0002]掃描儀(8⑶皿虹)，是利用光電技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)，以掃描方式將圖形或圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的裝置。掃描儀通常被用于計算機外部儀器設備，通過捕獲圖像并將之轉(zhuǎn)換成計算機可以顯示、編輯、存儲和輸出的數(shù)字化輸入設備。掃描儀對照片、文本頁面、圖紙、美術(shù)圖畫、照相底片、菲林軟片，甚至紡織品、標牌面板、印制板樣品等三維對象都可作為掃描對象，提取和將原始的線條、圖形、文字、照片、平面實物轉(zhuǎn)換成可以編輯及加入文件中的裝置。其作為一種光機電一體化結(jié)合的圖像化數(shù)字輸入設備，自問世以來就以其優(yōu)良的性能和低廉的價格得到了迅速的推廣和廣泛的應用。
[0003]但是普通掃描儀獲取的是三個波段的信息，所采集到的僅為圖像信息，在普通應用領(lǐng)域可以滿足日常使用要求。但是在一些特殊應用領(lǐng)域，如獲取古籍字畫等珍貴樣品的使用顏料信息，這種普通的掃描儀獲取的如8圖像信息無法滿足對掃描對象物理化學成分進行分析、分類、識別等其他需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為降低掃描儀的失真度，本發(fā)明提供了一種高光譜掃描儀，所述高光譜掃描儀包括:光譜成像單元、光電轉(zhuǎn)換單元、機械傳動單元和上位機；
[0005]所述光譜成像單元，用于向待掃描對象照射白光，對所述待掃描對象的當前掃描行的漫反射光進行分光處理，接收所述分光處理后的各波段光線，以產(chǎn)生對應各波段光線的電信號；
[0006]所述光電轉(zhuǎn)換單元，用于接收所述電信號，對所述電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，以獲得數(shù)字信號，將所述數(shù)字信號發(fā)送至所述上位機，并向所述機械傳動單元發(fā)送傳動信號；
[0007]所述機械傳動單元，用于在接收所述傳動信號后，帶動所述光譜成像單元移動至與所述待掃描對象的下一掃描行相對處。
[0008]其中，所述光譜成像單元包括:光源、色散部件和面陣探測器；
[0009]所述光源，用于產(chǎn)生向所述待掃描對象照射的白光；
[0010]所述色散部件，用于對所述當前掃描行的漫反射光進行分光處理；
[0011]所述面陣探測器，用于接收所述分光處理后的各波段光線，以產(chǎn)生對應各波段光線的電信號。
[0012]其中，所述光譜成像單元還包括:依次設于所述待掃描對象和所述色散部件之間的反射部件、成像透鏡和狹縫；
[0013]所述反射部件，用于將所述當前掃描行的漫反射光反射至所述成像透鏡；
[0014]所述成像透鏡，用于聚焦所述當前掃描行的漫反射光；
[0015]所述狹縫，用于遮擋所述當前掃描行以外的光線。
[0016]其中，所述反射部件包括:第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡，由所述第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡的三次反射將所述當前掃描行的漫反射光反射至所述成像透鏡。
[0017]其中，所述光譜成像單元還包括:設于所述色散部件和面陣探測器之間的聚焦透鏡。
[0018]其中，所述色散部件為棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu)。
[0019]其中，所述上位機用于對接收的所述數(shù)字信號進行處理，以實現(xiàn)所述待掃描對象的光譜成像。
[0020]其中，所述高光譜掃描儀還包括:原稿臺，所述原稿臺設于所述光譜成像單元的正上方，用于承載所述待掃描對象。
[0021]其中，所述高光譜掃描儀還包括:上蓋，所述上蓋設于所述原稿臺的上方，用于防止所述光譜成像單元的白光泄露。
[0022]其中，所述機械傳動單元包括:電機、驅(qū)動皮帶和導軌，所述電機收到所述傳動信號后，通過驅(qū)動皮帶帶動所述光譜成像單元沿著所述導軌滑動，以使得所述光譜成像單元移動至與所述待掃描對象的下一掃描行相對處。
[0023]本發(fā)明的掃描儀在對漫反射光進行分光處理后，面陣探測器接收所述分光處理后的各波段光線，實現(xiàn)光譜成像，保留了待掃描對象的各波段光譜信息，從而降低了掃描儀的失真度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明一種實施方式的高光譜掃描儀的結(jié)構(gòu)框圖；
[0025]圖2是本發(fā)明一種實施方式的高光譜掃描儀的光譜成像單元的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0027]圖1是本發(fā)明一種實施方式的高光譜掃描儀的結(jié)構(gòu)框圖；參照圖1，所述高光譜掃描儀包括:光譜成像單元3、光電轉(zhuǎn)換單元4、機械傳動單元6和上位機5 ；
[0028]所述光譜成像單元3，用于向待掃描對象照射白光，對所述待掃描對象的當前掃描行的漫反射光進行分光處理，接收所述分光處理后的各波段光線，以產(chǎn)生對應各波段光線的電信號；
[0029]所述光電轉(zhuǎn)換單元4，用于接收所述電信號，對所述電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，將模數(shù)轉(zhuǎn)化后的電信號發(fā)送至所述上位機5，并向所述機械傳動單元6發(fā)送傳動信號；
[0030]需要說明的是，所述光電轉(zhuǎn)換單元4由一塊集成板卡組成，完成電信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換及步進電機的控制，是整個掃描儀的控制部分。
[0031]所述機械傳動單元6，用于在接收所述傳動信號后，帶動所述光譜成像單元移動至與所述待掃描對象的下一掃描行相對處。
[0032]由于現(xiàn)有技術(shù)的普通掃描儀是對漫反射光進行分光處理后，通過三個線陣探測器收集所述三個波段的信息，進而根據(jù)所述三個波段的信息組成圖像信息，但這種普通的掃描儀獲取的如8圖像信息波段太少，不能滿足對樣品物理化學成分進行分析的需求。
[0033]而本實施方式的掃描儀在對漫反射光進行分光處理后，采用面陣探測器接收所述分光處理后的各波段光線，將所述各波段光線所產(chǎn)生的電信號實現(xiàn)光譜成像，保留了更多波段的信息，并且保留的數(shù)百個波段的光譜信息能夠幫助人們在無損情況下更好的理解古畫等珍貴史料的化學組成，為珍貴書畫史料保存、分析和后期修復等提供更加豐富的信息。
[0034]參照圖2，為便于實現(xiàn)電信號的產(chǎn)生，可選地，所述光譜成像單元3包括:光源3-1、色散部件3-7和面陣探測器3-8 ；
[0035]所述光源3-1，用于產(chǎn)生向所述待掃描對象(即圖中的“八”)照射的白光；
[0036]所述色散部件3-7，用于對所述當前掃描行的漫反射光進行分光處理(所述分光處理為使得不同波長的光處于不同的位置)；
[0037]所述面陣探測器3-8，用于接收所述分光處理后的各波段光線，以產(chǎn)生對應各波段光線的電信號(所述面陣探測器平行于狹縫的方向探測空間維信息，垂直狹縫的方向探測光譜維，面陣探測器可以是^0、80103、平板探測器或者其他具有同樣功能的面陣探測器)。
[0038]可選地，所述光譜成像單元還包括:依次設于所述待掃描對象和所述色散部件之間的反射部件、成像透鏡3-5和狹縫3-6 ；
[0039]所述反射部件，用于將所述當前掃描行的漫反射光反射至所述成像透鏡；
[0040]所述成像透鏡3-5，用于聚焦所述當前掃描行的漫反射光；
[0041]所述狹縫3-6，用于遮擋所述當前掃描行以外的光線。
[0042]需要說明的是，通過設置所述反射部件，可使得漫反射光由反射部件經(jīng)過反射再進入色散部件，從而便于光譜成像單元的結(jié)構(gòu)布局；通過設置狹縫3-6和成像透鏡3-5，可遮擋所述當前掃描行以外的光線，。另外，所述狹縫3-6、色散器件和面陣探測器3-8共同決定了掃描儀最終的光譜分辨率。
[0043]另外，所述成像透鏡3-5的前端增加濾光片改用熒光光譜成像方式可以實現(xiàn)同樣的光譜成像功能。
[0044]為便于實現(xiàn)將所述漫反射光反射至所述成像透鏡，可選地，所述反射部件包括:第一反射鏡3-2、第二反射鏡3-3和第三反射鏡3-4，由所述第一反射鏡3-2、第二反射鏡3-3和第三反射鏡3-4的三次反射將所述當前掃描行的漫反射光反射至所述成像透鏡3-5。
[0045]為便于實現(xiàn)各波長光線在面陣探測器上的匯聚，可選地，所述光譜成像單元還包括:設于所述色散部件3-7和面陣探測器3-8之間的聚焦透鏡(圖中未示出)。
[0046]所述色散部件可由液晶可調(diào)濾光片、聲光可調(diào)濾光片、棱鏡或光柵等實現(xiàn)，但為提高分光的效率和穩(wěn)定性，，可選地，所述色散部件為棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu)。
[0047]為便于實現(xiàn)光譜成像，可選地，所述上位機5用于對接收的數(shù)字信號進行處理，以實現(xiàn)所述待掃描對象的光譜成像。
[0048]需要說明的是，所述上位機除了對接收的數(shù)字信號進行處理外，還可實現(xiàn)對光譜數(shù)據(jù)的展示、處理及存儲。
[0049]可選地，所述高光譜掃描儀還包括:原稿臺2，所述原稿臺2設于所述光譜成像單元3的正上方，用于承載所述待掃描對象。
[0050]需要說明的是，原稿臺2 —般為帶有刻度的透明玻璃，方便白光光源照明和待掃描對象的定位。
[0051]可選地，所述高光譜掃描儀還包括:上蓋1，所述上蓋1設于所述原稿臺2的上方，用于防止所述光譜成像單元的白光泄露。
[0052]可選地，所述機械傳動單元6包括:電機(所述電機可以為步進電機或伺服電機等傳動設備)、驅(qū)動皮帶和導軌，所述電機收到所述傳動信號后，通過驅(qū)動皮帶帶動所述光譜成像單元3沿著所述導軌滑動，以使得所述光譜成像單元移動至與所述待掃描對象的下一掃描行相對處。
[0053]需要說明的是，所述機械傳動單元的整體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，并非為本發(fā)明的發(fā)明點，故而此處未提供具體的附圖來對其進行具體說明。
[0054]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種高光譜掃描儀，其特征在于，所述高光譜掃描儀包括:光譜成像單元、光電轉(zhuǎn)換單元、機械傳動單元和上位機； 所述光譜成像單元，用于向待掃描對象照射白光，對所述待掃描對象的當前掃描行的漫反射光進行分光處理，接收所述分光處理后的各波段光線，以產(chǎn)生對應各波段光線的電信號; 所述光電轉(zhuǎn)換單元，用于接收所述電信號，對所述電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，以獲得數(shù)字信號，將所述數(shù)字信號發(fā)送至所述上位機，并向所述機械傳動單元發(fā)送傳動信號； 所述機械傳動單元，用于在接收所述傳動信號后，帶動所述光譜成像單元移動至與所述待掃描對象的下一掃描行相對處。
2.如權(quán)利要求1所述的高光譜掃描儀，其特征在于，所述光譜成像單元包括:光源、色散部件和面陣探測器； 所述光源，用于產(chǎn)生向所述待掃描對象照射的白光； 所述色散部件，用于對所述當前掃描行的漫反射光進行分光處理； 所述面陣探測器，用于接收所述分光處理后的各波段光線，以產(chǎn)生對應各波段光線的電信號。
3.如權(quán)利要求2所述的高光譜掃描儀，其特征在于，所述光譜成像單元還包括:依次設于所述待掃描對象和所述色散部件之間的反射部件、成像透鏡和狹縫； 所述反射部件，用于將所述當前掃描行的漫反射光反射至所述成像透鏡； 所述成像透鏡，用于聚焦所述當前掃描行的漫反射光； 所述狹縫，用于遮擋所述當前掃描行以外的光線。
4.如權(quán)利要求3所述的高光譜掃描儀，其特征在于，所述反射部件包括:第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡，由所述第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡的三次反射將所述當前掃描行的漫反射光反射至所述成像透鏡。
5.如權(quán)利要求2所述的高光譜掃描儀，其特征在于，所述光譜成像單元還包括:設于所述色散部件和面陣探測器之間的聚焦透鏡。
6.如權(quán)利要求2所述的高光譜掃描儀，其特征在于，所述色散部件為棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1?6中任一項所述的高光譜掃描儀，其特征在于，所述上位機用于對接收的所述數(shù)字信號進行處理，以實現(xiàn)所述待掃描對象的光譜成像。
8.如權(quán)利要求1?6中任一項所述的高光譜掃描儀，其特征在于，所述高光譜掃描儀還包括:原稿臺，所述原稿臺設于所述光譜成像單元的正上方，用于承載所述待掃描對象。
9.如權(quán)利要求8所述的高光譜掃描儀，其特征在于，所述高光譜掃描儀還包括:上蓋，所述上蓋設于所述原稿臺的上方，用于防止所述光譜成像單元的白光泄露。
10.如權(quán)利要求1?6中任一項所述的高光譜掃描儀，其特征在于，所述機械傳動單元包括:電機、驅(qū)動皮帶和導軌，所述電機收到所述傳動信號后，通過驅(qū)動皮帶帶動所述光譜成像單元沿著所述導軌滑動，以使得所述光譜成像單元移動至與所述待掃描對象的下一掃描行相對處。
【文檔編號】H04N1/04GK104506750SQ201410725853
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】張立福, 張紅明, 吳太夏, 李晶宜, 童慶禧 申請人:中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所