【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多光谱成像，尤其涉及一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法及多光谱成像系统。
技术介绍
1、对同一目标的多光谱成像，可以完成对该目标空间、辐射和光谱三重信息的整合，极大地提升了目标观测的信息维度。采用滤光轮型的多光谱成像是在成像光路中加入滤光片进行分光，通过转动滤光轮使光通过不同波长透过率的窄带滤光片，最后在传感器上成像。该方法的优点是光路结构简单，滤光片更换灵活，已在多个领域取得应用。目前，滤光片的形状多数为圆形，利用步进电机或者有刷电机驱动滤光轮，在到达指定位置后，再通过驱动器或者额外的位置检测装置给相机曝光指令，相机曝光完成后，滤光轮再转动到下一位置。但是这种方法存在如下问题：
2、(1)滤光轮的工作模式是定位、转动、再定位，定位时不可避免的会产生抖动，滤光片旋转位置到位后的抖动对成像质量影响较为明显；
3、(2)滤光轮从一个滤光片转动到下一个滤光片时，相机不能成像，因此无法实现高频率的图像采集；
4、(3)采用步进电机或者有刷电机的驱动方式，不易实现一体化设计，并且控制精度差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决目前滤光轮装置及其控制方法存在的上述问题，提出一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法及多光谱成像系统。
2、为了解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：
3、一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法，高转速滤光轮包括转轮结构和均匀分布在所述转轮结构上的多个滤光片，每一个所述滤光片在转轮结构圆
4、所述方法包括以下步骤：
5、在滤光模式下，时间同步装置接收来自主控单元的指令，确定当前相机触发的频率，生成上升沿同步的3路信号，分别为相机触发信号、位置同步触发信号和1khz同步脉冲信号，并将相机触发信号发送给相机，将位置同步触发信号和1khz同步脉冲信号发送给电机控制器；
6、相机接收来自主控单元的指令，选择触发曝光方式，所述触发曝光方式为内触发曝光或者根据相机触发信号进行外触发曝光；
7、电机控制器接收高精度绝对式编码器的反馈信号，获得滤光轮当前的位置信息；当电机控制器接收到的来自主控单元的相机触发曝光方式为外触发曝光时，主控单元根据相机同步触发频率计算滤光轮的转速并将转速发送至电机控制器，电机控制器根据滤光轮的转速和滤光片的数量确定每次接收到位置同步触发信号时滤光片不产生遮挡的理论位置，同时电机控制器通过位置同步触发信号和1khz同步脉冲信号获得位置引导值，在滤光轮速度指令和位置引导值双闭环的情况下驱动滤光轮转动，并在接收到位置同步触发信号时，判断位置误差是否小于预定值，若是，则反馈给主控单元位置已同步标志，主控单元设置相机采集图像信息。
8、同时，本专利技术还提出一种多光谱成像系统，包括高转速滤光轮、带有高精度绝对式编码器的无刷电机、电机控制器、相机、时间同步装置和主控单元，所述多光谱成像系统采用前述高转速滤光轮与相机的同步控制方法控制所述高转速滤光轮进行转动和所述相机进行曝光与图像采集。
9、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
10、(1)在驱动方式上，本专利技术中的高转速滤光轮采用了无刷电机的驱动方式，无刷电机驱动力矩大，可采用直驱方式驱动滤光轮，结构上更加紧凑，更容易实现一体化设计，并且采用了高精度绝对式编码器为反馈数据源，可有效提高位置精度；
11、(2)在结构上，滤光片的形状由传统的圆形优化成在转轮结构圆周方向上的直径大于在转轮结构半径方向上的直径的形状，例如腰形或者椭圆形等，相机在这段腰形或者椭圆形中曝光，都可以获得该频段的像，成像频率更高；
12、(3)在控制方式上，处于滤光模式时，滤光轮连续旋转，采用位置和速度双闭环的控制方式，保证在相机曝光时间段，光处于该段滤光片结构内，在滤光片结构内均可成像，不需要到位后触发相机，解决了位置抖动带来的成像质量差以及多光谱成像系统无法实现高频率的图像采集的问题。
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1.一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法，其特征在于，高转速滤光轮包括转轮结构和均匀分布在所述转轮结构上的多个滤光片，每一个所述滤光片在转轮结构圆周方向上的直径大于在转轮结构半径方向上的直径，所述高转速滤光轮与无刷电机采用直驱方式连接，且所述无刷电机的尾端带有高精度绝对式编码器；
2.根据权利要求1所述的一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法，其特征在于，电机控制器通过位置同步触发信号和1kHz同步脉冲信号获得位置引导值的过程包括：当位置同步触发信号和1kHz同步脉冲信号同时触发时，更新对应的理论位置si，并将该理论位置赋给位置引导值t＝si；当只接收到1kHz同步脉冲信号时，将1kHz同步脉冲信号的位置增量值加到位置引导值上，此时的位置引导值为t＝t+k，其中1kHz同步脉冲信号的位置增量值k的计算公式为：k＝360×f/(1000×p)，f为相机同步触发频率，p为滤光片的总数。
3.根据权利要求1所述的一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法，其特征在于，滤光轮的转速s的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法
5.根据权利要求1所述的一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法，其特征在于，所述滤光片的形状为腰形或者椭圆形。
6.根据权利要求1所述的一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法，其特征在于，所述滤光片的总数为5个或者6个。
7.一种多光谱成像系统，其特征在于，包括高转速滤光轮、带有高精度绝对式编码器的无刷电机、电机控制器、相机、时间同步装置和主控单元，所述多光谱成像系统采用如权利要求1至6任意一项所述的同步控制方法控制所述高转速滤光轮进行转动和所述相机进行曝光与图像采集。
...【技术特征摘要】
1.一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法，其特征在于，高转速滤光轮包括转轮结构和均匀分布在所述转轮结构上的多个滤光片，每一个所述滤光片在转轮结构圆周方向上的直径大于在转轮结构半径方向上的直径，所述高转速滤光轮与无刷电机采用直驱方式连接，且所述无刷电机的尾端带有高精度绝对式编码器；
2.根据权利要求1所述的一种高转速滤光轮与相机的同步控制方法，其特征在于，电机控制器通过位置同步触发信号和1khz同步脉冲信号获得位置引导值的过程包括：当位置同步触发信号和1khz同步脉冲信号同时触发时，更新对应的理论位置si，并将该理论位置赋给位置引导值t＝si；当只接收到1khz同步脉冲信号时，将1khz同步脉冲信号的位置增量值加到位置引导值上，此时的位置引导值为t＝t+k，其中1khz同步脉冲信号的位置增量值k的计算公式为：k＝360×f/(1000×p)，f为相机同步触发频率，p为滤光片的总数。...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏飞，张斌，陈涛，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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