大动态范围场景成像亮度测量装置及成像亮度测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种大动态范围场景成像亮度测量装置，该装置包括：图像采集单元、亮度计、衰减片轮和控制模块；其中，衰减片轮设置于图像采集单元和亮度计的光线入射窗口前方，衰减片轮上固定有多个光学衰减片；工作时，所述光学衰减片在控制模块的控制下转动；其中，所述前方指的是：入射光线反方向的在前位置；控制模块根据上位机的指令控制图像采集单元和亮度计，并根据亮度计采集的当前亮度信息调整所述光学衰减片的转速。该装置能够应用在大动态范围场景中进行成像亮度测量。本发明专利技术还涉及一种成像亮度测量方法，通过在成像亮度计前方设置衰减片轮以及工作时转动光学衰减片来实现光线的均匀照射，解决大动态范围场景的亮度测量问题。

【技术实现步骤摘要】
大动态范围场景成像亮度测量装置及成像亮度测量方法
本专利技术涉及光学测量领域，尤其涉及一种大动态范围场景成像亮度测量装置及成像亮度测量方法。
技术介绍
亮度计是一种测光和测色的计量仪器，成像亮度计是在亮度计的基础上增加了图像采集单元，是相机和亮度计合二为一的产物，它可以同时获得目标的图像信息和亮度信息，在各种定量和定性分析中具有广泛的应用。在测量过程中，往往会遇到不同亮度的目标或者遇到光照条件复杂、目标表面明暗反差较大的情况，这就需要成像亮度计具备大动态范围场景(即光照和亮度大范围变化的场景)的亮度测量和图像采集能力。因此，针对以上不足，需要提供一种可应用于大动态范围场景的成像亮度测量装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何设计一种可应用于大动态范围场景的成像亮度测量装置和方法。为了解决上述技术问题，在一个方面，本专利技术提供了一种大动态范围场景成像亮度测量装置。本专利技术实施例的大动态范围场景成像亮度测量装置可包括：图像采集单元、亮度计、衰减片轮和控制模块；其中，衰减片轮设置于图像采集单元和亮度计的光线入射窗口前方，衰减片轮上固定有多个光学衰减片；工作时，所述光学衰减片在控制模块的控制下转动；其中，所述前方指的是：入射光线反方向的在前位置；控制模块根据上位机的指令控制图像采集单元和亮度计，并根据亮度计采集的当前亮度信息调整所述光学衰减片的转速。优选地，控制模块可进一步用于根据上位机的指令调整所述光学衰减片的转速。优选地，衰减片轮可进一步用于向控制模块反馈当前转速；控制模块可进一步用于利用衰减片轮反馈的当前转速对衰减片轮的转动进行PID控制。优选地，衰减片轮可进一步包括：安装所述光学衰减片的片轮架、驱动所述光学衰减片转动的动力单元、测量所述光学衰减片转速的编码器以及连接片轮架转轴与动力单元输出轴的减速单元。优选地，减速单元可包括：相互啮合的第一齿轮和第二齿轮；其中，第一齿轮与动力单元输出轴连接，第二齿轮和片轮架转轴连接，第一齿轮的齿数小于第二齿轮。优选地，所述装置可进一步包括：设置在图像采集单元和衰减片轮之间的成像物镜。优选地，图像采集单元为电荷耦合器件CCD相机，动力单元为步进电机，编码器为光电码盘。在另一方面，本专利技术提供一种成像亮度测量方法。本专利技术实施例的成像亮度测量方法包括：在成像亮度仪的光线入射窗口前方设置衰减片轮；其中，成像亮度仪中设置有图像采集单元、亮度计和控制模块；衰减片轮上固定有多个光学衰减片；工作时，所述光学衰减片在控制模块的控制下转动；所述前方指的是：入射光线反方向的在前位置；利用控制模块基于上位机的指令控制图像采集单元和亮度计，基于亮度计采集的当前亮度信息调整所述光学衰减片的转速。优选地，所述方法进一步包括：利用控制模块基于上位机的指令调整所述光学衰减片的转速。优选地，衰减片轮进一步用于向控制模块反馈当前转速；以及，所述方法进一步包括：利用控制模块基于衰减片轮反馈的当前转速对衰减片轮的转动进行PID控制。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：在本专利技术实施例中，通过在图像采集单元和亮度计前方设置安装有多个光学衰减片的衰减片轮以及工作时光学衰减片的转动来实现光线的均匀照射，从而解决了大动态范围场景的亮度测量问题。在实际使用中，可根据亮度计实时采集的亮度信息调节光学衰减片的转速，从而可以对不同亮度的目标进行亮度测量，也可以对光照条件复杂、目标表面明暗反差较大的工作环境进行测量。同时，本专利技术在衰减片轮提供多种规格衰减片的安装位置，通过旋转片轮选择光强衰减比例，以测量不同亮度的目标物体。附图说明图1是本专利技术实施例的大动态范围场景成像亮度测量装置的组成部分示意图；图2是本专利技术实施例的衰减片轮的组成部分示意图。图3是本专利技术实施例的大动态范围场景成像亮度测量装置的后面板示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例的大动态范围场景成像亮度测量装置的组成部分示意图。如图1所示，上述装置包括：图像采集单元、亮度计、衰减片轮和控制模块。其中，图像采集单元用于采集图像，其可以是电荷耦合器件CCD(ChargeCoupledDevice)相机或者互补金属氧化物半导体CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)相机等。亮度计用于获取目标的亮度信息，控制模块可采用单片机、现场可编程门阵列FPGA(Field-ProgrammableGateArray)等方式实现，其具体作用将在后文介绍。亮度计采用独立的支架固定，从而可调整其与相机光轴间的相对位置。特别地，衰减片轮设置于图像采集单元和亮度计的光线入射窗口前方。其中，前方指的是入射光线反方向的在前位置，即入射光线首先经过衰减片轮再经过图像采集单元以及亮度计。衰减片轮上固定有多个光学衰减片，可以理解，光学衰减片能够实现入射光能量的固定比例衰减，从而测量不同亮度的目标。为满足对大动态范围目标的测量需求，在本专利技术实施例中，可配备一倍、二倍、五倍、十倍、二十倍、五十倍(本领域中，n倍衰减片可使入射光的强度衰减为2的n次方分之一，n为整数)等多种倍率衰减片，考虑到对测量目标亮度的要求，上述光学衰减片可选用中性密度衰减片，此类衰减片具有光谱范围宽且曲线平坦的特点。衰减片有效通光口径可根据物镜选型确定为55毫米。工作时，光学衰减片在控制模块的控制下进行转动，对图像采集单元以及亮度计的采集与光学衰减片转动进行同步处理后，可使图像采集单元以及亮度计进行信号采集时一个光学衰减片正好对准图像采集单元以及亮度计的光线入射窗口，从而不会造成入射光线的遮挡。可以理解，在图1中宽箭头代表光线传播，黑色细箭头代表信号与数据传播。图2是本专利技术实施例的衰减片轮的组成部分示意图。参见图2，本专利技术实施例的衰减片轮可包括：多个光学衰减片(23所示为光学衰减片的放置位置)、安装光学衰减片的片轮架22、驱动光学衰减片转动的动力单元21、测量光学衰减片转速的编码器24以及连接片轮架转轴与动力单元输出轴的减速单元。其中，动力单元21可选取各种电动机如步进电机，编码器24可以是较为常用的光电码盘，减速单元可以包括相互啮合的第一齿轮26和第二齿轮25；其中，第一齿轮26与动力单元21输出轴连接，第二齿轮25和片轮架22转轴连接，第一齿轮26的齿数小于第二齿轮25，从而能够对片轮架转动进行减速控制。具体场景中，减速比可以设计为3：1，片轮架22工作转速一般大于一转每秒。编码器24通过弹性联轴器与片轮架22转轴连接，实时测量片轮架22旋转角度，保证片轮架22定位准确。实际应用中，控制模块可根据上位机的指令调整光学衰减片的转速。具体地，上位机指令通过有线方式或无线方式传送到控制模块之后，控制模块通过亮度计将指令转发到步进电机的驱动设备，由此进行片轮架的转动控制，使图像采集单元或亮度计对准所需的光学衰减片。同时，控制模块还可根据亮度计采集的当前亮度信息自动调整光学衰减片的转速。具体地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大动态范围场景成像亮度测量装置，其特征在于，包括：图像采集单元、亮度计、衰减片轮和控制模块；其中，衰减片轮设置于图像采集单元和亮度计的光线入射窗口前方，衰减片轮上固定有多个光学衰减片；工作时，所述光学衰减片在控制模块的控制下转动；其中，所述前方指的是：入射光线反方向的在前位置；控制模块根据上位机的指令控制图像采集单元和亮度计，并根据亮度计采集的当前亮度信息调整所述光学衰减片的转速。

【技术特征摘要】
1.一种大动态范围场景成像亮度测量装置，其特征在于，包括：图像采集单元、亮度计、衰减片轮和控制模块；其中，衰减片轮设置于图像采集单元和亮度计的光线入射窗口前方，衰减片轮上固定有多个光学衰减片；工作时，所述光学衰减片在控制模块的控制下转动；其中，所述前方指的是：入射光线反方向的在前位置；控制模块根据上位机的指令控制图像采集单元和亮度计，并根据亮度计采集的当前亮度信息调整所述光学衰减片的转速。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，控制模块进一步用于根据上位机的指令调整所述光学衰减片的转速。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，衰减片轮进一步用于向控制模块反馈当前转速；以及控制模块进一步用于利用衰减片轮反馈的当前转速对衰减片轮的转动进行PID控制。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，衰减片轮进一步包括：安装所述光学衰减片的片轮架、驱动所述光学衰减片转动的动力单元、测量所述光学衰减片转速的编码器以及连接片轮架转轴与动力单元输出轴的减速单元。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，减速单元包括：相互啮合的第一齿轮和第二齿轮；其中，第一齿轮与动力单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，范小礼，王静，苏必达，韩放，周志远，徐颖，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11