CN109995979B - 一种单通道快速旋转式偏振图像信息获取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单通道快速旋转式偏振图像信息获取装置，采用单片机控制电机带动偏振片旋转，并对电机的旋转角度进行测量，在指定角度控制相机拍照采集，通过数据线传输至计算机终端，从而实现快速采集提高时空同步性的目的；本发明主要由镜头，相机，电机，偏振片，单片机以及计算机终端构成；偏振片内孔和电机凸台过盈连接，和粘合剂的共同作用下安装在电机上，以保证和电机同步运动，镜头的安装螺纹的设计为使相机法兰距应为可调，防止装配误差造成无法对焦，且使镜头正对感光元件。相机通过下壳的U型槽和挡板固定，用螺栓加紧位置正对镜头，下壳底部有开孔使数据线通过此通道连接计算机终端，为去雾处理提供数据信息。

Description

一种单通道快速旋转式偏振图像信息获取装置

技术领域

本发明涉及图像信息获取技术领域，具体而言，尤其涉及一种偏振图像信息获取装置，涉及机构学、数据采集等多学科交叉领域。

背景技术

偏振图像信息的获取对大气偏振模式测试以及基于物理模型的天气退化图像复原方法起到重要作用。光的偏振信息一般采用Stokes矢量(I,Q,U,V)来描述，I表示光强，Q表示0°～90°线偏振光分量之差；U表示45°与135°线偏振光分量之差；V表示右旋与左旋圆偏振光分量之差。由于在自然界大气背景及目标物对太阳光反射的偏振效应中，圆偏振分量极少，通常假定V＝0，由此，只要测出2个以上不同方向线偏振光的光强就可以求出Stokes矢量(I,Q,U)，进而计算偏振度和偏振角等信息，以此根据需要估计出其它物理参数，现有的多通道采集设备由于各通道光轴不一致，图像交叉严重，采集近景图像的准确性大打折扣，而单通道采集设备，分步获取，操作繁琐，时空同步性较差。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种采用电机带动偏振片高速旋转，并在指定角度精确拍照，可以提高偏振图像信息获取的自动化程度和精度的偏振图像信息获取装置。

本发明采用的技术手段如下：

一种单通道快速旋转式偏振图像信息获取装置，包括：

镜头、上壳、挡板、电机驱动、相机、单片机、偏振片、电机和下壳；

上壳与下壳扣合后形成内部带有容纳腔室的箱体；

其中，上壳顶部中心位置加工有用于安装镜头的通孔；

下壳位于镜头的正下方设置有用于嵌入装配相机的凹槽部，且挡板与凹槽部可拆卸装配用于实现相机的限位；

偏振片加工成圆环形状，尺寸足够覆盖镜头，圆环内孔与电机上的凸台过盈连接，再加上粘合剂的作用将其固定在电机上，电机通过固定螺钉连接到上壳，电机位置紧邻镜头安装位置，以降低偏振片的需求尺寸；镜头通过螺纹安装在上壳中心通孔内，其中螺纹长度应使相机法兰距可调，防止装配误差造成无法对焦；

电机驱动用于驱动电机旋转，通过定位螺钉固定在上壳侧面；

单片机安装在下壳上，用于发出转速信号，且对发出的脉冲数进行计数以对偏振片旋转角度进行测量，并在预设好的特定角度对相机发出拍摄信号，使相机拍照获取特定角度偏振图像；

整个装置系统依靠一个便携电瓶供电，获取的照片通过以太网数据线传输给计算机终端。

采用上述技术方案的本发明相机通过高速旋转的偏振片获取不同角度的偏振图像，电机由单片机和电机驱动的共同作用下旋转。偏振片每旋转一个设定的角度，单片机发出一个拍照信号，数据线通过外壳底部的通道连接计算机终端和相机，将获取的图像传输到计算机终端。

镜头的安装螺纹的设计为使相机法兰距应为可调，防止装配误差造成无法对焦，且使镜头正对相机感光元件。相机通过下壳的U型槽和挡板固定，用螺栓夹紧位置正对镜头，下壳底部有开孔使数据线通过此通道连接计算机终端。

偏振片内孔和电机凸台过盈连接，和粘合剂的共同作用下安装在电机上，以保证和电机同步运动。系统通电后，PC端相机IO输出接口发出指令，IO口发出高电平，单片机检测到相机IO输出口电平变化后，开始发出脉冲并在电机驱动作用下使电机旋转，电机每接收一个脉冲后就旋转一个步距角，同时单片机对输出的脉冲进行计数，当单片机输出的脉冲个数达到设定值时，对相机IO输入接口发送脉冲，触发相机拍照，然后重新进行计数。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的图像采集部分由电机、单片机、电机驱动(电路板)、相机以及以太网数据线组成，采集速率达到25-35帧，时空同步性强，采集效率高且操作简单。

2、本发明采用单通道拍摄不同角度的偏振图像，单通道拍摄不需要配准，能保证拍摄的图像信息的精确性，为后期具体应用算法的精确提供一种必要的解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的剖视图。

图3为本发明的爆炸图。

图4为本发明的工作流程图。

图中：1-镜头；2-上壳；3-挡板；4-电机驱动；5-下壳；6-单片机；7-偏振片；8-电机；9-相机；10-计算机终端。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明提供了一种单通道快速旋转式偏振图像信息获取装置，包括：

镜头1、上壳2、挡板3、电机驱动4、相机9、单片机6、偏振片7、电机8和下壳5；

上壳2与下壳5扣合后形成内部带有容纳腔室的箱体；

其中，上壳2顶部中心位置加工有用于安装镜头1的通孔；

下壳5位于镜头1的正下方设置有用于嵌入装配相机9的凹槽部，且挡板3与凹槽部可拆卸装配用于实现相机9的限位；

偏振片7加工成圆环形状，尺寸足够覆盖镜头1，圆环内孔与电机8上的凸台过盈连接，再加上粘合剂的作用将其固定在电机8上，电机8通过固定螺钉连接到上壳，电机8位置紧邻镜头1安装位置，以降低偏振片7的需求尺寸；镜头1通过螺纹安装在上壳2中心通孔内，其中螺纹长度应使相机法兰距可调，防止装配误差造成无法对焦；

电机驱动4用于驱动电机8旋转，通过定位螺钉固定在上壳2侧面；

单片机6安装在下壳5上，用于发出转速信号，且对发出的脉冲数进行计数以对偏振片7旋转角度进行测量，并在预设好的特定角度对相机9发出拍摄信号，使相机9拍照获取特定角度偏振图像；

整个装置系统依靠一个便携电瓶供电，获取的照片通过以太网数据线传输给计算机终端。

采用上述技术方案的本发明相机5通过高速旋转的偏振片7获取不同角度的偏振图像，电机8由单片机6和电机驱动4的共同作用下旋转。偏振片7每旋转一个设定的角度，单片机6发出一个拍照信号，数据线通过外壳底部的通道连接计算机终端10和相机9，将获取的图像传输到计算机终端10。

镜头的安装螺纹的设计为使相机9法兰距应为可调，防止装配误差造成无法对焦，且使镜头1正对相机5感光元件。相机9通过下壳5的U型槽和挡板3固定，用螺栓夹紧位置正对镜头1，下壳5底部有开孔使数据线通过此通道连接计算机终端10。

偏振片7内孔和电机8凸台过盈连接，和粘合剂的共同作用下安装在电机8上，以保证和电机8同步运动。系统通电后，PC端相机IO输出接口发出指令，IO口发出高电平，单片机6检测到相机IO输出口电平变化后，开始发出脉冲并在电机驱动4作用下使电机8旋转，电机8每接收一个脉冲后就旋转一个步距角，同时单片机6对输出的脉冲进行计数，当单片机6输出的脉冲个数达到设定值时，对相机9IO输入接口发送脉冲，触发相机9拍照，然后重新进行计数。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种单通道快速旋转式偏振图像信息获取装置，其特征在于，包括：

镜头(1)、上壳(2)、挡板(3)、电机驱动(4)、相机(9)、单片机(6)、偏振片(7)、电机(8)和下壳(5)；

所述上壳(2)与下壳(5)扣合后形成内部带有容纳腔室的箱体；

其中，上壳(2)顶部中心位置加工有用于安装镜头(1)的通孔；

所述下壳(5)位于镜头(1)的正下方设置有用于嵌入装配相机(9)的凹槽部，且挡板(3)与凹槽部可拆卸装配用于实现相机(9)的限位；

所述偏振片(7)加工成圆环形状，尺寸足够覆盖镜头(1)，圆环内孔与电机(8)上的凸台过盈连接，再加上粘合剂的作用将其固定在电机(8)上，电机(8)通过固定螺钉连接到上壳，电机(8)位置紧邻镜头(1)安装位置，以降低偏振片(7)的需求尺寸；镜头(1)通过螺纹安装在上壳(2)中心通孔内，其中螺纹长度应使相机法兰距可调，防止装配误差造成无法对焦；

电机驱动(4)用于驱动电机(8)旋转，通过定位螺钉固定在上壳(2)侧面；

单片机(6)安装在下壳(5)上，用于发出转速信号，且对发出的脉冲数进行计数以对偏振片(7)旋转角度进行测量，并在预设好的特定角度对相机(9)发出拍摄信号，使相机(9)拍照获取特定角度偏振图像。

2.根据权利要求1所述的一种单通道快速旋转式偏振图像信息获取装置，其特征在于，

整个装置系统依靠一个便携电瓶供电，获取的照片通过以太网数据线传输给计算机终端。

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