[发明专利]一种转轮式多光谱相机自动曝光调节系统及调节方法

说明书

一种转轮式多光谱相机自动曝光调节系统及调节方法，系统包括滤光轮、光学镜头、成像探测器、测光器件、信号处理单元、控制单元和数据记录单元。通过测光器件和信号处理单元测量并计算透过滤光片的光亮度信息，并根据测量的光亮度信息调节多光谱相机的曝光参数。滤光轮、光学镜头、测光器件的放置位置和滤光轮的旋转方向保证滤光轮上的某一滤光片和成像探测器的位置对应时，滤光轮的下一个滤光片和测光器件的位置对应。根据测量的透过滤光片的光亮度信息计算出测光器件位置滤光片对应谱段所需的曝光参数，当滤光轮旋转使已测光滤光片和成像探测器位置对应时，控制成像探测器按需要的曝光参数曝光成像。

技术领域

本发明涉及一种自动曝光调节系统及调节方法，属于多光谱相机自动控制技术领域。

背景技术

多光谱成像系统通常有以下几种成像方式：多探测器多镜头成像方式、光束分离成像方式、微型窄带滤光片阵列成像方式、渐变滤光片成像方式、滤光片转轮成像方式。采用滤光片转轮成像方式设计的多光谱成像系统仅采用一个光学系统，具有同一光路的优势，通过探测器前滤光片转轮的转动来变换滤光片，获取多波段图像。转轮式多光谱相机的优势是滤光片可更换，应用灵活，能适用不同的应用场合，已被应用于工业检测、航空遥感等领域。由于滤光片的中心波长和谱段宽度不同，探测器接收的光能量值差别比较大，成像时需要进行自动曝光控制。自动曝光一般包括光亮度测量、场景(信号)分析和曝光补偿这三个步骤。

相机自动曝光通常有两种实现方式：一种是光学方式，一种是电子学方式。光学方式使用一个单独的传感器来测量光亮度，图像信息则通过图像传感器得到，这样成像系统将用于显示存储的图像信息与图像的亮度信息分开单独处理。

光学方式自动曝光根据测光传感器的安放位置不同分为外测光和内测光两种方式。外测光方式通常将测光传感器安装在光学镜头的正上方或者斜上方，用于测量光亮度的光路和用于成像的光路是彼此分开独立的，常用的方法为基于环境光传感器感测环境光条件并由曝光设置器利用环境光条件的指示来选择曝光设置。内测光方式常在镜头和焦平面快门之间呈45°角放置一块可以向上弹起和向下复位的主反光镜。当处于测光状态时，由镜头入射进来的光线经主反射镜和后续的对焦屏、聚焦透镜及反光棱镜后照射到测光传感器上和取景器中，供测光传感器测光和取景。

电子学方式自动曝光则将图像传感器输出的信号同时用于测量光照度。基于拍摄的图像的实际灰度值判断所处状态对曝光值进行调整的方法已被广泛应用。

在电子学自动曝光方式下，用于测量当前环境亮度情况的信号直接来自图像传感器输出的信号，这样不再需要另加测光传感器，结构简单，实现容易，但测量处理速度较慢。对于转轮式多光谱相机，在转轮的转速较快时使用该方法会因为曝光延时影响正常成像。在光学自动曝光方式下，放置与转轮之外的测光方式只能测得外部光强，不能得到当前滤光片的光强信息；测光传感器和成像探测器放置在一起的测光方式，会增加滤光片尺寸，使整个系统体积变大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种转轮式多光谱相机自动曝光调节系统及调节方法，可以有效解决目前转轮式多光谱相机自动曝光调节面临的不同谱段图像合理曝光的问题。

本发明的技术解决方案是：一种转轮式多光谱相机自动曝光调节系统，包括：滤光轮、光学镜头、成像探测器、测光器件、信号处理单元、控制单元、数据记录单元；光学镜头放置在滤光轮一侧，成像探测器、测光器件放置在滤光轮另一侧；

滤光轮包含转轮装置和滤光片，滤光轮上的滤光片均匀分布，滤光轮在旋转过程中，成像探测器和测光器件同时分别与滤光轮上两个相邻的滤光片中心位置对应；滤光轮转轮装置中安装有光电传感器，测量滤光片是否到达成像探测器位置，并将滤光片的位置信息发送给控制单元；

光学镜头使用透射式光学镜头，入射光线经光学镜头汇聚后由滤光轮上的滤光片滤光，投射到成像探测器上；