一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置，该装置置于摄像机和镜头之间，包括外壳、转轮、步进电机和光电开关，所述光电开关、转轮和步进电机均安装在外壳内，转轮与步进电机的输出轴通过皮带相连，转轮为圆盘状，其上有多个扇形开口，每个扇形开口上固定一扇形滤光片。该装置对转轮的速度加以控制，实现了在滤光片转轮转动的同时完成摄像机的图像采集和图像传输，利用本发明可以减少多光谱成像时间，提高效率。
【专利说明】一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及滤光片转轮装置，具体涉及一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置。
【背景技术】
[0002]多光谱成像技术不仅可以获得成像目标的几何形状信息，而且相比于普通的RGB三通道彩色图像，能获得更多的光谱信息。多光谱成像技术利用一组滤光片将可见光分成3个以上的光谱波段，每个光谱波段对应一个通道，在这些通道中对目标物体分别成像，然后将所有通道的单色图像合成为一幅多光谱图像，因此，这种技术也被广泛的应用于场景模拟、自然光频谱恢复以及光谱色测量等领域。
[0003]多光谱成像有多种分光方式，其中基于滤光片转轮(滤片轮)的方式应用较为普遍，该方式需对每个通道进行单独成像，涉及滤光片的切换。传统滤片轮的循环工作模式为:滤片轮转动一滤片轮停止一图像拍摄一滤片轮转动。整个过程中频繁的滤片轮转动和停止操作导致成像过程缓慢，效率较低。因此，需要开发一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置，以高效完成多光谱图像采集。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置，滤光片转轮连续转动，期间完成对各个通道的图像采集和图像传输，实现快速多光谱成像。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置，置于摄像机和镜头之间，包括:外壳、转轮、步进电机和光电开关，所述光电开关、转轮和步进电机均安装在外壳内，转轮与步进电机的输出轴通过皮带相连；转轮为圆盘状，其上有多个扇形开口，每个扇形开口上固定一扇形滤光片；步进电机通电后，带动转轮转动，使转轮复位，回到初始位置；然后转轮开始匀速转动，从当前通道扇形滤光片完全转入镜头感光通道的时刻开始，摄像机采集图像；从当前通道图像采集结束到下一通道扇形滤光片完全转入镜头的时间间隔内，摄像机完成图像传输，该过程所需时间为ΛΤ2，则采集一
幅完整的多光谱图像所需时间为T=(L/ηD+1)N(ΔT1+ΔT2)写+ ΔT2>其中，圆环宽度为D，滤光
片之间的间隔宽度为L，滤光片数目为N，圆弧长度和镜头口径之比为η，每个通道的曝光时间为AT10
[0006]本发明的有益效果是，本发明提供一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置，实现滤片轮的连续转动，当镜头的感光通道完全位于某个滤光片上时，完成图像采集，利用滤光片切换的时间间隔完成图像传输，实现了快速多光谱成像，利用本发明可以减少多光谱成像时间，提高效率。【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为多光谱成像装置示意图；
[0008]图2为滤光片转轮装置示意图；
[0009]图中，摄像机1、用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置2、镜头3、外壳4、转轮5、扇形滤光片6、皮带7、步进电机8、光电开关9、镜头感光通道10。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图，对本发明【具体实施方式】做进一步说明。
[0011]本发明用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置2置于摄像机I和镜头3之间，包括外壳4、转轮5、步进电机8和光电开关9，其中，光电开关9、转轮5和步进电机8均安装在外壳4内，转轮5与步进电机8的输出轴通过皮带7相连，转轮5为圆盘状，其上有多个扇形开口，每个扇形开口上固定一扇形滤光片6。
[0012]光电开关9能控制转轮5，使转轮5在复位后停在选定初始位置(选定转轮5的初始位置，初始位置应满足如下条件:镜头感光通道10正对某一选定扇形滤光片6。复位时转轮5转动，当转轮 5到达初始位置时，光电开关9自动控制步进电机8使其停止，实现复位)。
[0013]为了防止外界光的干扰，外壳4形成一个密闭黑色空间。
[0014]图2 中滤光片能将光滤为以 400nm、440nm、480nm、520nm、560nm、600nm、640nm、680nm为中心的40nm宽的光带，本发明的滤光片数目不限于8个，滤光片通带宽度也不限于40nmo
[0015]转轮5上固定一大齿轮，通过皮带7连到步进电机8上的小齿轮，当步进电机8通电后，小齿轮通过皮带7使大齿轮转动；
[0016]每次采集多光谱图像完成后，需对转轮5进行复位，光电开关9用以确定转轮复位后的初始位置；
[0017]所有通道的曝光时间都为Λ V
[0018]为了防止外界光对采集图像的影响，将转轮5置于密闭的外壳4内，扇形滤光片6置于转轮5上，步进电机8通电后通过皮带7带动转轮连续转动。当镜头3的镜头感光通道10完全位于滤光片上时，摄像机I处于连续曝光状态，并在转轮5转出该通道前完成图像采集。对于某个通道，图像采集期间滤片轮转过的角度为α，滤片轮的转动角速度为ω，图像采集所需的曝光时间为AT1,则必须满足α/ω>ΛΤ1;
[0019]利用扇形滤光片6切换的时间间隔，完成图像传输。即摄像机采集完当前通道图像到开始采集下一通道图像期间，滤片轮转过的角度为β，完成图像传输所需时间为ΛΤ2，必须满足β/ω≥AT2 ；
[0020]作为优选:扇形滤光片6的形状设计成扇形，以转轮5尺寸最小。常规的圆形滤光片也可以实现本发明，但滤光片转轮尺寸会增大。
[0021]实际应用中，某些光源在不同波段的发光强度差别较大，此时进光量偏少的通道需要增加曝光时间，对于这种情况，我们采取如下对策:首先用本发明的方法对所有通道成像，然后对相关通道用传统非连续转动的方法进行曝光补偿。
[0022]下面对快速滤片轮的成像模型做推导，从理论上证明该发明的可行性。由于滤光片镀膜工艺的局限性，滤光片透射率不可能处处相等，而会在滤光片表面呈现一定的强弱变化。设图像像素P在滤光片旋转过程中经历的透射率为Ψ (P, λ，τ ) ( λ为波长,O≤τ ( Δ T1),则在曝光时间Δ T1内，通道k的摄像
机响应为
【权利要求】
1.一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置，置于摄像机(1)和镜头(3)之间，其特征在于，包括外壳(4)、转轮(5)、步进电机(8)和光电开关(9)，所述光电开关(9)、转轮(5)和步进电机(8)均安装在外壳(4)内，转轮(5)与步进电机(8)的输出轴通过皮带(7)相连，转轮(5)为圆盘状，其上有多个扇形开口，每个扇形开口上固定一扇形滤光片(6);步进电机(8)通电后，带动转轮(5)转动，使转轮(5)复位，回到初始位置；然后转轮(5)开始匀速转动，从当前通道扇形滤光片(6)完全转入镜头感光通道(10)的时刻开始，摄像机采集图像；从当前通道图像采集结束到下一通道扇形滤光片(6)完全转入镜头的时间间隔内，摄像机完成图像传输，该过程所需时间为ΔT2,则采集一幅完整的多光谱图像所需时间为
【文档编号】G03B11/00GK103941521SQ201410163720
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】沈会良, 王魏, 陈书界, 韩天奇 申请人:浙江大学