[实用新型]多光谱摄像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及多重光谱影像技术领域，尤其涉及一种摄取包括红外图像在内的复数个光谱信道的图像的多光谱摄像装置。

背景技术

多光谱图像的摄取被广泛应用于医学、生物、环境、安全、产品等多个领域，例如用于医疗图像诊断、作物果实皮下无损检测，墙面喷漆质量检测等。

以医疗领域摄取皮下血管影像为例。人体血管隐藏在表皮下面，被皮下脂肪、骨骼所遮挡，在可见光的环境下图像信号及其微弱。红外摄像技术，也称为红外血管图像增强技术利用血管中血红蛋白对波长从760nm到1000nm的近红外光的吸收率与周围其他人体组织不同的原理，首先摄取血管的近红外图像，然后对图像的对比度做强化后，通过一台可见光投影仪将皮下血管投影显示在皮肤表面。这样医生或护士就能够识别患者皮下血管的位置并实时操作。

然而由于皮下血管被皮下脂肪和肌肉组织所包围，它们对于红外光有明显的吸收和散射作用，严重模糊了这种投影式血管显像仪获得的血管图像。这种技术上的先天缺陷在成像直径较小的微细血管时表现得尤其严重。这是因为血管越细小，单位长度的血管内的血液容量就越少，所含有的有氧血红蛋白和无氧血红蛋白的数量就越少，从而它们对近红外光线的吸收就越少。在同等的杂散光背景下，血管和周围组织的对比度就很微弱，通常在0.01～0.1。

所有光线都会在进入皮肤的初始阶段遭到散射和反射，其散射和反射的光线对于只需要知道皮肤下层的血管图像来说仅仅是有害的干扰或噪声。如果从红外图像中减去可见光图像，就可以得到仅仅携带皮下深层部位信息的图像。这就是红外图像的数字减影技术的基本原理。之所以需要在数字图像的环境下进行这种操作，是因为复杂的图像处理无法用模拟信号和模拟电路完成，必须是数字化后由计算机来完成。

现有技术中通过一种多光谱轮盘摄像机实现在时间轴上分离多重光谱信道，称为场序列彩色摄像技术，采用该技术来减少人体皮肤表面和皮下组织对血管红外影像的干扰。该多光谱轮盘摄像机包括一台单色或黑白摄像机以及设置在单色或黑白摄像机的整机外部的装有多个滤波片的轮盘滤波器。使用单色或黑白摄像机在不同的时间段分别摄取数种窄带可见光谱的反射图像，以及近红外的宽带光谱的反射图像，然后从红外图像中减去可见光谱的图像，从而消除大部分来自皮肤表面和皮下浅层次的光线的干扰，获得血管影像对比度增强的图像。

然而，由于在单色或黑白摄像机的整机外部设置轮盘滤波器，而且轮盘滤波器的中心和光学透镜系统以及单色或黑白摄像机的光学轴线不重合，导致整个摄像系统的尺寸和重量都很大，难以成型为便携式的摄像装置。并且，在轮盘滤波器上分布超过三个以上滤波片时，每个光谱波段的图像采集和输出必须在很短的时间内完成，一个颜色波段内每个像素内积累的信号电荷如果不能全部清除干净，残余的电荷和下一个颜色波段的电荷就会混合在一起，造成色彩延迟或者混色的现象。

另外，由于几乎所有的摄像器件，CCD或者CMOS图像传感器都是一个由多个像素组成的呈矩形结构的像素阵列。轮盘滤波器上的滤波片相对于轮盘滤波器的中心旋转时，滤波片扫过矩形像素阵列的时候其边缘并不是平行于像素阵列的每行，所以在该矩形像素阵列上并不是每个像素的曝光时间都相等。在连续采集和输出多个光谱的图像时，就会产生和轮盘滤波器相关的图像亮度的空间非均匀性或闪烁噪声。

可见，现有技术中多光谱轮盘摄像机的轮盘滤波器的中心偏离图像传感器和透镜系统光轴，导致体积庞大和结构不稳定。多个滤波片的分布导致色彩延迟和混色现象，且在连续采集和输出多个光谱的图像时图像亮度的空间非均匀性和闪烁噪声严重，影响所摄取图像的清晰度和准确性。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种摄取包括红外图像在内的复数个光谱信道的图像的摄像装置，实现将不同光谱波段的图像在时域和空域上做分别的采集和处理，并将所得到的复数个光谱的图像做相关运算，从而得出穿透物体表面一定深度的高质量的红外影像。

根据本实用新型的一个方面，提供一种多光谱摄像装置，包括：

图像传感器，所述图像传感器具有在空间上对不同波段的光线进行信道分离的受光面，所述受光面对至少两种不同波段的光线敏感；

滚筒式滤波器，包括一围绕所述图像传感器旋转的圆筒外壁，所述圆筒外壁包括至少两种供不同波段光线穿透的滤光片，所述滤光片沿所述圆筒外壁的旋转方向依次排列；

随所述圆筒外壁的旋转，所述图像传感器的受光面分时接收分别穿过所述滤光片的不同波段的光线。