一種用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置，該裝置置于攝像機和鏡頭之間，包括外殼、轉輪、步進電機和光電開關，所述光電開關、轉輪和步進電機均安裝在外殼內，轉輪與步進電機的輸出軸通過皮帶相連，轉輪為圓盤狀，其上有多個扇形開口，每個扇形開口上固定一扇形濾光片。該裝置對轉輪的速度加以控制，實現了在濾光片轉輪轉動的同時完成攝像機的圖像采集和圖像傳輸，利用本發(fā)明可以減少多光譜成像時間，提高效率。
【專利說明】一種用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及濾光片轉輪裝置，具體涉及一種用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置。
【背景技術】
[0002]多光譜成像技術不僅可以獲得成像目標的幾何形狀信息，而且相比于普通的RGB三通道彩色圖像，能獲得更多的光譜信息。多光譜成像技術利用一組濾光片將可見光分成3個以上的光譜波段，每個光譜波段對應一個通道，在這些通道中對目標物體分別成像，然后將所有通道的單色圖像合成為一幅多光譜圖像，因此，這種技術也被廣泛的應用于場景模擬、自然光頻譜恢復以及光譜色測量等領域。
[0003]多光譜成像有多種分光方式，其中基于濾光片轉輪(濾片輪)的方式應用較為普遍，該方式需對每個通道進行單獨成像，涉及濾光片的切換。傳統(tǒng)濾片輪的循環(huán)工作模式為:濾片輪轉動一濾片輪停止一圖像拍攝一濾片輪轉動。整個過程中頻繁的濾片輪轉動和停止操作導致成像過程緩慢，效率較低。因此，需要開發(fā)一種用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置，以高效完成多光譜圖像采集。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置，濾光片轉輪連續(xù)轉動，期間完成對各個通道的圖像采集和圖像傳輸，實現快速多光譜成像。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置，置于攝像機和鏡頭之間，包括:外殼、轉輪、步進電機和光電開關，所述光電開關、轉輪和步進電機均安裝在外殼內，轉輪與步進電機的輸出軸通過皮帶相連；轉輪為圓盤狀，其上有多個扇形開口，每個扇形開口上固定一扇形濾光片；步進電機通電后，帶動轉輪轉動，使轉輪復位，回到初始位置；然后轉輪開始勻速轉動，從當前通道扇形濾光片完全轉入鏡頭感光通道的時刻開始，攝像機采集圖像；從當前通道圖像采集結束到下一通道扇形濾光片完全轉入鏡頭的時間間隔內，攝像機完成圖像傳輸，該過程所需時間為ΛΤ2，則采集一
幅完整的多光譜圖像所需時間為T=(L/ηD+1)N(ΔT1+ΔT2)寫+ ΔT2>其中，圓環(huán)寬度為D，濾光
片之間的間隔寬度為L，濾光片數目為N，圓弧長度和鏡頭口徑之比為η，每個通道的曝光時間為AT10
[0006]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提供一種用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置，實現濾片輪的連續(xù)轉動，當鏡頭的感光通道完全位于某個濾光片上時，完成圖像采集，利用濾光片切換的時間間隔完成圖像傳輸，實現了快速多光譜成像，利用本發(fā)明可以減少多光譜成像時間，提高效率?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0007]圖1為多光譜成像裝置示意圖；
[0008]圖2為濾光片轉輪裝置示意圖；
[0009]圖中，攝像機1、用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置2、鏡頭3、外殼4、轉輪5、扇形濾光片6、皮帶7、步進電機8、光電開關9、鏡頭感光通道10。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖，對本發(fā)明【具體實施方式】做進一步說明。
[0011]本發(fā)明用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置2置于攝像機I和鏡頭3之間，包括外殼4、轉輪5、步進電機8和光電開關9，其中，光電開關9、轉輪5和步進電機8均安裝在外殼4內，轉輪5與步進電機8的輸出軸通過皮帶7相連，轉輪5為圓盤狀，其上有多個扇形開口，每個扇形開口上固定一扇形濾光片6。
[0012]光電開關9能控制轉輪5，使轉輪5在復位后停在選定初始位置(選定轉輪5的初始位置，初始位置應滿足如下條件:鏡頭感光通道10正對某一選定扇形濾光片6。復位時轉輪5轉動，當轉輪 5到達初始位置時，光電開關9自動控制步進電機8使其停止，實現復位)。
[0013]為了防止外界光的干擾，外殼4形成一個密閉黑色空間。
[0014]圖2 中濾光片能將光濾為以 400nm、440nm、480nm、520nm、560nm、600nm、640nm、680nm為中心的40nm寬的光帶，本發(fā)明的濾光片數目不限于8個，濾光片通帶寬度也不限于40nmo
[0015]轉輪5上固定一大齒輪，通過皮帶7連到步進電機8上的小齒輪，當步進電機8通電后，小齒輪通過皮帶7使大齒輪轉動；
[0016]每次采集多光譜圖像完成后，需對轉輪5進行復位，光電開關9用以確定轉輪復位后的初始位置；
[0017]所有通道的曝光時間都為Λ V
[0018]為了防止外界光對采集圖像的影響，將轉輪5置于密閉的外殼4內，扇形濾光片6置于轉輪5上，步進電機8通電后通過皮帶7帶動轉輪連續(xù)轉動。當鏡頭3的鏡頭感光通道10完全位于濾光片上時，攝像機I處于連續(xù)曝光狀態(tài)，并在轉輪5轉出該通道前完成圖像采集。對于某個通道，圖像采集期間濾片輪轉過的角度為α，濾片輪的轉動角速度為ω，圖像采集所需的曝光時間為AT1,則必須滿足α/ω>ΛΤ1;
[0019]利用扇形濾光片6切換的時間間隔，完成圖像傳輸。即攝像機采集完當前通道圖像到開始采集下一通道圖像期間，濾片輪轉過的角度為β，完成圖像傳輸所需時間為ΛΤ2，必須滿足β/ω≥AT2 ；
[0020]作為優(yōu)選:扇形濾光片6的形狀設計成扇形，以轉輪5尺寸最小。常規(guī)的圓形濾光片也可以實現本發(fā)明，但濾光片轉輪尺寸會增大。
[0021]實際應用中，某些光源在不同波段的發(fā)光強度差別較大，此時進光量偏少的通道需要增加曝光時間，對于這種情況，我們采取如下對策:首先用本發(fā)明的方法對所有通道成像，然后對相關通道用傳統(tǒng)非連續(xù)轉動的方法進行曝光補償。
[0022]下面對快速濾片輪的成像模型做推導，從理論上證明該發(fā)明的可行性。由于濾光片鍍膜工藝的局限性，濾光片透射率不可能處處相等，而會在濾光片表面呈現一定的強弱變化。設圖像像素P在濾光片旋轉過程中經歷的透射率為Ψ (P, λ，τ ) ( λ為波長,O≤τ ( Δ T1),則在曝光時間Δ T1內，通道k的攝像
機響應為
【權利要求】
1.一種用于多光譜成像的快速濾光片轉輪裝置，置于攝像機(1)和鏡頭(3)之間，其特征在于，包括外殼(4)、轉輪(5)、步進電機(8)和光電開關(9)，所述光電開關(9)、轉輪(5)和步進電機(8)均安裝在外殼(4)內，轉輪(5)與步進電機(8)的輸出軸通過皮帶(7)相連，轉輪(5)為圓盤狀，其上有多個扇形開口，每個扇形開口上固定一扇形濾光片(6);步進電機(8)通電后，帶動轉輪(5)轉動，使轉輪(5)復位，回到初始位置；然后轉輪(5)開始勻速轉動，從當前通道扇形濾光片(6)完全轉入鏡頭感光通道(10)的時刻開始，攝像機采集圖像；從當前通道圖像采集結束到下一通道扇形濾光片(6)完全轉入鏡頭的時間間隔內，攝像機完成圖像傳輸，該過程所需時間為ΔT2,則采集一幅完整的多光譜圖像所需時間為
【文檔編號】G03B11/00GK103941521SQ201410163720
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權日:2014年4月22日
【發(fā)明者】沈會良, 王魏, 陳書界, 韓天奇 申請人:浙江大學