一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)，屬于海洋溢油監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在海洋溢油事故發(fā)生后能夠快速響應(yīng)，及時(shí)識(shí)別水面溢油，并繪制溢油的空間和厚度分布，對(duì)確定溢油回收計(jì)劃、溢油漂浮軌跡建模、分散劑處理效果評(píng)估等具有非常重要的作用。隨著航空光學(xué)遙感技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)載光學(xué)成像大大促進(jìn)了溢油應(yīng)急響應(yīng)的效率，特別是多光譜相機(jī)，能夠同時(shí)獲得水面的多個(gè)譜段的圖像信息，有效識(shí)別溢油區(qū)域并估算溢油厚度。合理選擇工作譜段的多光譜相機(jī)還能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)化海洋溢油監(jiān)測(cè)。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，小型無(wú)人機(jī)平臺(tái)在溢油應(yīng)急響應(yīng)中表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的性能，能夠快速布置，可適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、避免人員傷害。
[0003]現(xiàn)有的機(jī)載多光譜相機(jī)主要有切換濾光片的分時(shí)成像多光譜相機(jī)和多通道同時(shí)成像的相機(jī)陣列多光譜相機(jī)。分時(shí)成像多光譜相機(jī)由于每個(gè)譜段成像時(shí)間不一致，對(duì)機(jī)載平臺(tái)穩(wěn)定性要求非常高，并且需要精準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)，后期圖像處理難度很大，光譜切換部件體積較大，難以實(shí)現(xiàn)小型化和云臺(tái)安裝?；谙鄼C(jī)陣列的多光譜相機(jī)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)相機(jī)多通道同時(shí)成像，但是多相機(jī)的同步控制難度較大，并且多相機(jī)陣列體積較大，難以用于微型無(wú)人機(jī)平臺(tái)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)，該多光譜相機(jī)具有體積小、重量輕、快照成像的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于微小型無(wú)人機(jī)平臺(tái)。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)具體實(shí)現(xiàn):
[0006]—種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)，包括可見(jiàn)-近紅外鏡頭、可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器、多光譜濾光膜、控制與信號(hào)處理電路，所述可見(jiàn)-近紅外鏡頭的后側(cè)設(shè)置所述多光譜濾光膜、所述多光譜濾光膜的后側(cè)設(shè)置所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器，所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器與所述控制與信號(hào)處理器連接。
[0007]優(yōu)選地，所述多光譜濾光膜鍍?cè)谒隹梢?jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器的表面。
[0008]所述多光譜濾光膜包括至少兩種濾光膜單元，所述至少兩種濾光膜單元具有不同的光譜透過(guò)率，并且均勻的間隔鋪設(shè)并覆蓋所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器的表面。
[0009]所述至少兩種濾光膜單元的光譜透過(guò)率在400-1000nm范圍內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步的，任意兩種濾光膜單元的光譜透過(guò)譜段中心波長(zhǎng)相差至少30nm。
[0011]所述多光譜濾光膜包括四種濾光膜單元，其對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)分別為450nm、550nm、600nm、71 Onm，半高寬均為I Onm，四種濾光膜單元均勾間隔分布，各占總像元數(shù)的I /4。
[0012]優(yōu)選地，還包括相機(jī)接口，所述相機(jī)接口與所述控制與信號(hào)處理電路連接。
[0013]更進(jìn)一步的，還包括機(jī)械殼體，所述可見(jiàn)-近紅外鏡頭、可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器、多光譜濾光膜、控制與信號(hào)處理電路、相機(jī)接口置于所述機(jī)械殼體內(nèi)部。
[0014]所述控制與信號(hào)處理電路包括CCD或CMOS探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)控制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，及數(shù)字信號(hào)處理電路，相機(jī)接口電路根據(jù)要求可設(shè)計(jì)成LVDS接口或以太網(wǎng)接口。
[0015]所述的可見(jiàn)-近紅外鏡頭，透過(guò)率在400-800nm范圍內(nèi)，并且具有消色差設(shè)計(jì)，鏡頭為定焦鏡頭，通過(guò)螺紋與相機(jī)外殼連接或通過(guò)法蘭盤(pán)與相機(jī)機(jī)械外殼螺釘連接。
[0016]所述的可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器，可選擇硅基黑白面陣CCD或者CMOS探測(cè)器，探測(cè)波段在400-1000nm光譜范圍內(nèi)。
[0017]所述的機(jī)械殼體采用鋁合金或鎂合金材料，并進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。
[0018]本實(shí)用新型提供的一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)的成像處理方法步驟如下:
[0019]一種成像處理方法，使用所述海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)，一次曝光獲取一幅包含至少兩個(gè)光譜段信息的圖像，通過(guò)插值方法獲取每個(gè)譜段完整的圖像。通過(guò)對(duì)每個(gè)譜段完整的圖像組成的多光譜圖像進(jìn)行分析處理，得到一幅包含溢油信息和厚度分布的圖像。
[0020]所述通過(guò)對(duì)每個(gè)譜段完整的圖像組成的多光譜圖像進(jìn)行分析處理，得到一幅包含溢油信息和厚度分布的圖像，具體包括:通過(guò)兩步算法對(duì)圖像中的每一個(gè)像素進(jìn)行判定:①首先采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法判斷有油/無(wú)油，得到一幅二進(jìn)制掩碼圖像;②采用基于比值的模糊算法將有油的像素再進(jìn)一步歸類為不同的油膜厚度，其中采用的比值包括不同通道有油的像素值與無(wú)油像素值的比值。
[0021]通過(guò)上述處理，能夠獲得一幅包含了溢油信息和油膜厚度的溢油分布圖。
[0022]采用上述方案實(shí)現(xiàn)的海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)，具有體積小、重量輕、快照式成像的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于微小型無(wú)人機(jī)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)快速海面溢油監(jiān)測(cè)，是衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)和地面固定式溢油監(jiān)測(cè)的有益補(bǔ)充，為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)、溢油事故應(yīng)急處理提供及時(shí)有效的圖像/數(shù)據(jù)資料。
【附圖說(shuō)明】
[0023]下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]圖1為海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)原理圖；
[0025]圖2為多光譜濾光膜示意圖；
[0026]圖3為多光譜濾光膜通帶示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)，包括可見(jiàn)-近紅外鏡頭1、可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器3、多光譜濾光膜2、控制與信號(hào)處理電路4，所述可見(jiàn)-近紅外鏡頭的后側(cè)設(shè)置所述多光譜濾光膜、所述多光譜濾光膜的后側(cè)設(shè)置所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器，所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器與所述控制與信號(hào)處理器連接。
[0028]圖1為海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)原理圖。由可見(jiàn)-近紅外鏡頭I收集水面目標(biāo)反射光并成像于可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器3、多光譜濾光膜2直接鍍?cè)诿骊嚬怆娞綔y(cè)器成像面上，對(duì)目標(biāo)的成像光束進(jìn)行濾光后成像于對(duì)應(yīng)面陣光電探測(cè)器的像素單元，探測(cè)器控制與信號(hào)處理電路將探測(cè)器輸出的各像素模擬電信號(hào)按順序輸出，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行插值處理，處理之后的信號(hào)通過(guò)數(shù)字接口如LVDS或以太網(wǎng)口輸出。
[0029]探測(cè)器可選用SONY公司的ICX694全局快門(mén)黑白CCD圖像傳感器，具有2736*2192像素，像元尺寸4.54um。
[0030]控制與信號(hào)處理電路采用FPGA+DSP的核心架構(gòu)，其中，F(xiàn)PGA可選用XC4VSX55，主要用于驅(qū)動(dòng)C⑶或CMOS探測(cè)器輸出模擬電信號(hào)及數(shù)字信號(hào)的接口，DSP可選用TMS320C6457，用于對(duì)電信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制及數(shù)字信號(hào)的插值處理。
[0031]優(yōu)選地，所述多光譜濾光膜粘接在所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器的表面。
[0032]所述多光譜濾光膜包括至少2種濾光膜單元，所述至少兩種濾光膜單元具有不同的光譜透