本發(fā)明涉及一種自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)系統(tǒng)及調(diào)節(jié)方法，屬于多光譜相機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

多光譜成像系統(tǒng)通常有以下幾種成像方式：多探測(cè)器多鏡頭成像方式、光束分離成像方式、微型窄帶濾光片陣列成像方式、漸變?yōu)V光片成像方式、濾光片轉(zhuǎn)輪成像方式。采用濾光片轉(zhuǎn)輪成像方式設(shè)計(jì)的多光譜成像系統(tǒng)僅采用一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，具有同一光路的優(yōu)勢(shì)，通過探測(cè)器前濾光片轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來變換濾光片，獲取多波段圖像。轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)的優(yōu)勢(shì)是濾光片可更換，應(yīng)用靈活，能適用不同的應(yīng)用場(chǎng)合，已被應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)、航空遙感等領(lǐng)域。由于濾光片的中心波長(zhǎng)和譜段寬度不同，探測(cè)器接收的光能量值差別比較大，成像時(shí)需要進(jìn)行自動(dòng)曝光控制。自動(dòng)曝光一般包括光亮度測(cè)量、場(chǎng)景(信號(hào))分析和曝光補(bǔ)償這三個(gè)步驟。

相機(jī)自動(dòng)曝光通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一種是光學(xué)方式，一種是電子學(xué)方式。光學(xué)方式使用一個(gè)單獨(dú)的傳感器來測(cè)量光亮度，圖像信息則通過圖像傳感器得到，這樣成像系統(tǒng)將用于顯示存儲(chǔ)的圖像信息與圖像的亮度信息分開單獨(dú)處理。

光學(xué)方式自動(dòng)曝光根據(jù)測(cè)光傳感器的安放位置不同分為外測(cè)光和內(nèi)測(cè)光兩種方式。外測(cè)光方式通常將測(cè)光傳感器安裝在光學(xué)鏡頭的正上方或者斜上方，用于測(cè)量光亮度的光路和用于成像的光路是彼此分開獨(dú)立的，常用的方法為基于環(huán)境光傳感器感測(cè)環(huán)境光條件并由曝光設(shè)置器利用環(huán)境光條件的指示來選擇曝光設(shè)置。內(nèi)測(cè)光方式常在鏡頭和焦平面快門之間呈45°角放置一塊可以向上彈起和向下復(fù)位的主反光鏡。當(dāng)處于測(cè)光狀態(tài)時(shí)，由鏡頭入射進(jìn)來的光線經(jīng)主反射鏡和后續(xù)的對(duì)焦屏、聚焦透鏡及反光棱鏡后照射到測(cè)光傳感器上和取景器中，供測(cè)光傳感器測(cè)光和取景。

電子學(xué)方式自動(dòng)曝光則將圖像傳感器輸出的信號(hào)同時(shí)用于測(cè)量光照度?；谂臄z的圖像的實(shí)際灰度值判斷所處狀態(tài)對(duì)曝光值進(jìn)行調(diào)整的方法已被廣泛應(yīng)用。

在電子學(xué)自動(dòng)曝光方式下，用于測(cè)量當(dāng)前環(huán)境亮度情況的信號(hào)直接來自圖像傳感器輸出的信號(hào)，這樣不再需要另加測(cè)光傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，但測(cè)量處理速度較慢。對(duì)于轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)，在轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速較快時(shí)使用該方法會(huì)因?yàn)槠毓庋訒r(shí)影響正常成像。在光學(xué)自動(dòng)曝光方式下，放置與轉(zhuǎn)輪之外的測(cè)光方式只能測(cè)得外部光強(qiáng)，不能得到當(dāng)前濾光片的光強(qiáng)信息；測(cè)光傳感器和成像探測(cè)器放置在一起的測(cè)光方式，會(huì)增加濾光片尺寸，使整個(gè)系統(tǒng)體積變大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)系統(tǒng)及調(diào)節(jié)方法，可以有效解決目前轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)面臨的不同譜段圖像合理曝光的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：濾光輪、光學(xué)鏡頭、成像探測(cè)器、測(cè)光器件、信號(hào)處理單元、控制單元、數(shù)據(jù)記錄單元；光學(xué)鏡頭放置在濾光輪一側(cè)，成像探測(cè)器、測(cè)光器件放置在濾光輪另一側(cè)；

濾光輪包含轉(zhuǎn)輪裝置和濾光片，濾光輪上的濾光片均勻分布，濾光輪在旋轉(zhuǎn)過程中，成像探測(cè)器和測(cè)光器件同時(shí)分別與濾光輪上兩個(gè)相鄰的濾光片中心位置對(duì)應(yīng)；濾光輪轉(zhuǎn)輪裝置中安裝有光電傳感器，測(cè)量濾光片是否到達(dá)成像探測(cè)器位置，并將濾光片的位置信息發(fā)送給控制單元；

光學(xué)鏡頭使用透射式光學(xué)鏡頭，入射光線經(jīng)光學(xué)鏡頭匯聚后由濾光輪上的濾光片濾光，投射到成像探測(cè)器上；

成像探測(cè)器接收經(jīng)過濾光輪上濾光片濾光后的入射光，通過曝光時(shí)間和增益調(diào)節(jié)曝光量，成像探測(cè)器接收控制單元的曝光參數(shù)設(shè)置信號(hào)改變曝光參數(shù)，在控制單元的控制下采集圖像并輸出至數(shù)據(jù)記錄單元；

測(cè)光器件安裝有鏡頭，測(cè)光器件的鏡頭與光學(xué)鏡頭光軸平行；測(cè)光器件接收透過濾光片的入射光信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元；

信號(hào)處理單元接收測(cè)光器件輸入的電流信號(hào)，根據(jù)已標(biāo)定的測(cè)光器件電流與光亮度的關(guān)系得出透過濾光片的光亮度數(shù)據(jù)，并將光亮度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制單元；

控制單元存儲(chǔ)有光亮度數(shù)據(jù)與成像探測(cè)器的曝光時(shí)間和增益的關(guān)系數(shù)據(jù)表，根據(jù)信號(hào)處理單元發(fā)送的光亮度數(shù)據(jù)計(jì)算出濾光片對(duì)應(yīng)譜段所需的曝光參數(shù)，曝光參數(shù)包括成像探測(cè)器的曝光時(shí)間和增益；控制單元將曝光參數(shù)設(shè)置信號(hào)發(fā)送至成像探測(cè)器，在濾光輪轉(zhuǎn)至成像位置時(shí)，控制成像探測(cè)器對(duì)曝光參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并控制成像探測(cè)器采集圖像，同時(shí)控制單元將譜段信息發(fā)送給數(shù)據(jù)記錄單元；

數(shù)據(jù)記錄單元記錄成像探測(cè)器輸出的圖像數(shù)據(jù)和控制單元發(fā)送的譜段信息數(shù)據(jù)。

所述成像探測(cè)器為全局電子快門面陣CMOS成像探測(cè)器或全局電子快門面陣CCD成像探測(cè)器，通過成像探測(cè)器的曝光時(shí)間和增益調(diào)節(jié)曝光量。

所述測(cè)光器件采用硅光電二極管或硅光電池。

一種轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)方法，包括步驟如下：

步驟一、將光學(xué)鏡頭放置在濾光輪一側(cè)，成像探測(cè)器、測(cè)光器件放置在濾光輪另一側(cè)；調(diào)整成像探測(cè)器和測(cè)光器件的位置，使得成像探測(cè)器和測(cè)光器件同時(shí)分別與濾光輪上兩個(gè)相鄰的濾光片中心位置對(duì)應(yīng)；驅(qū)動(dòng)濾光輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)；

步驟二、濾光輪將濾光片位置信息發(fā)送給控制單元，控制單元檢測(cè)濾光輪上濾光片是否到達(dá)成像和測(cè)光位置；

步驟三、當(dāng)控制單元檢測(cè)到濾光輪中的某一個(gè)濾光片A中心與成像探測(cè)器位置對(duì)應(yīng)時(shí)，測(cè)光器件測(cè)量透過濾光輪中濾光片A相鄰的下一個(gè)濾光片B的光信號(hào)并將透過濾光片B的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元；信號(hào)處理單元接收測(cè)光器件輸入的電流信號(hào)，根據(jù)已標(biāo)定的測(cè)光器件電流與光亮度的關(guān)系得出透過濾光片的光亮度數(shù)據(jù)，并將光亮度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制單元，控制單元根據(jù)光亮度數(shù)據(jù)與成像探測(cè)器的曝光時(shí)間和增益的關(guān)系數(shù)據(jù)表以及此時(shí)信號(hào)處理單元輸出的光亮度數(shù)據(jù)計(jì)算得出濾光片B對(duì)應(yīng)譜段成像時(shí)成像探測(cè)器需要的曝光時(shí)間和增益參數(shù)并進(jìn)行記錄；

步驟四、利用控制單元查詢?yōu)V光片A對(duì)應(yīng)譜段是否已在濾光輪轉(zhuǎn)動(dòng)的上一個(gè)位置進(jìn)行了測(cè)光：若已測(cè)光，則根據(jù)測(cè)光后控制單元得出的曝光參數(shù)控制成像探測(cè)器曝光成像，并由數(shù)據(jù)記錄單元記錄濾光片A對(duì)應(yīng)譜段的圖像數(shù)據(jù)和譜段信息數(shù)據(jù)；若未測(cè)光，則成像探測(cè)器不曝光成像；曝光參數(shù)包括成像探測(cè)器的曝光時(shí)間和增益；

步驟五、驅(qū)動(dòng)濾光輪循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，重復(fù)步驟二～步驟四，數(shù)據(jù)記錄單元記錄入射光通過濾光片后各譜段采集的圖像數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的譜段信息數(shù)據(jù)，直至完成對(duì)所有譜段圖像數(shù)據(jù)的采集和記錄。

所述成像探測(cè)器為全局電子快門面陣CMOS成像探測(cè)器或全局電子快門面陣CCD成像探測(cè)器，通過成像探測(cè)器的曝光時(shí)間和增益調(diào)節(jié)曝光量。

所述測(cè)光器件采用硅光電二極管或硅光電池。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明采用外測(cè)光的方式對(duì)透過濾光片的光亮度進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)透過濾光片的光亮度進(jìn)行曝光調(diào)節(jié)，能夠滿足轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)應(yīng)用，尤其是濾光片可更換應(yīng)用需求；具有調(diào)節(jié)速度快、適應(yīng)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)；

(2)本發(fā)明測(cè)光器件和成像器件安裝位置對(duì)應(yīng)兩個(gè)相鄰的濾光片，通過濾光輪的旋轉(zhuǎn)控制測(cè)光和相機(jī)曝光過程。可避免測(cè)光器件安裝時(shí)的濾光片尺寸增加，測(cè)光器件安裝靈活，且控制簡(jiǎn)單。

附圖說明

圖1為一種轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成示意圖；

圖2為一種轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)方法框圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括濾光輪、光學(xué)鏡頭、成像探測(cè)器、測(cè)光器件、信號(hào)處理單元、控制單元、數(shù)據(jù)記錄單元。

濾光輪包含轉(zhuǎn)輪裝置和濾光片，濾光輪上的濾光片均勻分布。濾光輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)輪裝置中安裝有光電傳感器測(cè)量濾光片是否到達(dá)成像探測(cè)器位置，并將濾光片的位置信息發(fā)送給控制單元。

光學(xué)鏡頭使用透射式光學(xué)鏡頭，光學(xué)鏡頭放置在濾光輪前端。入射光線經(jīng)光學(xué)鏡頭匯聚后由濾光輪上的濾光片濾光，投射到成像探測(cè)器上。

成像探測(cè)器選擇全局電子快門面陣CMOS成像探測(cè)器或全局電子快門面陣CCD成像探測(cè)器，通過成像探測(cè)器曝光時(shí)間和增益調(diào)節(jié)曝光量。成像探測(cè)器接收控制單元的曝光參數(shù)設(shè)置信號(hào)改變曝光參數(shù)，在控制單元的控制下采集圖像并輸出。

測(cè)光器件選擇硅光電二極管或硅光電池，并在測(cè)光器件前端安裝配套鏡頭。測(cè)光器件的鏡頭與光學(xué)鏡頭光軸平行。測(cè)光器件接收透過濾光片的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元。測(cè)光器件硅光電二極管輸出的電流值與透過濾光片的光亮度成線性關(guān)系。

信號(hào)處理單元對(duì)輸入的測(cè)光器件電流信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)已標(biāo)定的測(cè)光器件電流與光亮度的關(guān)系得出透過濾光片的光亮度數(shù)據(jù)，發(fā)送給控制單元。

控制單元使用DSP電路板，其中存儲(chǔ)有光亮度數(shù)據(jù)與成像探測(cè)器的CMOS探測(cè)器曝光時(shí)間和增益的關(guān)系數(shù)據(jù)表，根據(jù)光亮度信息計(jì)算出濾光片對(duì)應(yīng)譜段所需的曝光參數(shù)，包括成像探測(cè)器的曝光時(shí)間和增益。控制單元控制濾光輪、成像探測(cè)器、測(cè)光器件、數(shù)據(jù)記錄單元工作的同步?？刂茊卧跒V光輪轉(zhuǎn)至測(cè)光器件位置時(shí)，記錄信號(hào)處理單元發(fā)送光亮度數(shù)據(jù)和測(cè)光譜段信息；同時(shí)在濾光輪轉(zhuǎn)至成像位置時(shí)，對(duì)成像探測(cè)器曝光參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并控制成像探測(cè)器采集圖像，同時(shí)將譜段信息發(fā)送給數(shù)據(jù)記錄單元。

數(shù)據(jù)記錄單元記錄成像探測(cè)器輸出的圖像數(shù)據(jù)和控制單元發(fā)送的譜段信息數(shù)據(jù)。

濾光輪、光學(xué)鏡頭、成像探測(cè)器、測(cè)光器件的放置位置和濾光輪的旋轉(zhuǎn)方向使濾光輪的某一濾光片A中心和成像探測(cè)器中心位置對(duì)應(yīng)時(shí)，濾光輪的下一個(gè)相鄰的濾光片B的中心和測(cè)光器件的位置對(duì)應(yīng)。濾光輪在旋轉(zhuǎn)過程中，成像探測(cè)器和測(cè)光器件會(huì)同時(shí)分別和兩個(gè)相鄰的濾光片中心位置對(duì)應(yīng)。濾光片B后端的測(cè)光器件測(cè)量透過濾光片的光信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理單元處理后將光亮度信息傳輸給控制單元。控制單元根據(jù)測(cè)量的光亮度信息計(jì)算出濾光片B對(duì)應(yīng)譜段所需的曝光參數(shù)。若此時(shí)濾光片A對(duì)應(yīng)譜段曝光參數(shù)已知，則控制成像探測(cè)器采集圖像并由數(shù)據(jù)記錄單元進(jìn)行記錄；若濾光片A對(duì)應(yīng)譜段曝光參數(shù)未知，則成像探測(cè)器不采集圖像。當(dāng)濾光輪旋轉(zhuǎn)使濾光片B和成像探測(cè)器的位置對(duì)應(yīng)時(shí)，控制單元控制成像探測(cè)器按需要的曝光量曝光成像并由數(shù)據(jù)記錄單元進(jìn)行記錄；同時(shí)測(cè)量透過下一個(gè)濾光片C的光亮度信息。在濾光輪的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，通過對(duì)各濾光片對(duì)應(yīng)譜段先測(cè)光、后曝光，使多光譜相機(jī)各譜段都能夠合理曝光。

一種轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)方法，如圖2所示，具體步驟如下：

1)轉(zhuǎn)輪式多光譜相機(jī)開始工作后，濾光輪開始循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2)濾光輪將位置信息發(fā)送給控制單元，控制單元檢測(cè)濾光輪是否到達(dá)成像和測(cè)光位置。

3)當(dāng)控制單元檢測(cè)到濾光輪中的一個(gè)濾光片A中心與成像探測(cè)器位置對(duì)應(yīng)時(shí)，測(cè)光器件測(cè)量透過濾光輪中濾光片A相鄰的下一個(gè)濾光片B的光信號(hào)，信號(hào)處理單元對(duì)測(cè)光器件輸出的電流信號(hào)進(jìn)行處理，并把處理后得出的光亮度信息發(fā)送給控制單元，控制單元根據(jù)此時(shí)信號(hào)處理單元輸出的光亮度信息計(jì)算得出濾光片B對(duì)應(yīng)譜段成像時(shí)成像探測(cè)器需要的曝光時(shí)間和增益參數(shù)并進(jìn)行記錄。

4)控制單元查詢?yōu)V光片A對(duì)應(yīng)譜段是否已在濾光輪轉(zhuǎn)動(dòng)的上一個(gè)位置測(cè)光。若已測(cè)光，則根據(jù)測(cè)光后控制單元得出的曝光參數(shù)信息控制成像探測(cè)器曝光成像，并由數(shù)據(jù)記錄單元記錄濾光片A對(duì)應(yīng)譜段的圖像數(shù)據(jù)和譜段信息數(shù)據(jù)；若未測(cè)光，則成像探測(cè)器不曝光成像。

5)濾光輪循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，重復(fù)步驟2)～步驟4)，數(shù)據(jù)記錄單元記錄各譜段采集的圖像數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的譜段信息數(shù)據(jù)，直至多光譜相機(jī)停止工作。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。