CN204100056U - 相机多光谱面光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种相机多光谱面光源，包括控制盒、面光源本体和专用电缆。其中，面光源本体设置在机架上，且面光源本体由多个LED阵列单板拼接形成；控制盒通过电缆与面光源本体连接。

Description

相机多光谱面光源

技术领域

本实用新型涉及一种用于测试空间相机的地面设备，具体是一种相机多光谱面光源。

背景技术

近年来，星载相机在各个航空航天领域有了广泛的发展，其所应用的光电成像系统具有多光谱特性，能够对复杂的背景进行辨识，能清楚的识别出目标物体与背景。由于星载相机要工作在环境多变的太空，因此在地面对相机成像均匀度及感光面敏感度测试就显得尤为重要。

成像均匀度直接关系到相机的成像质量，像面照度均匀度除了与镜头因素有关外，还与光源的渐晕、杂散光等影响有关。感光敏感度影响相机对物体的识别能力，星载相机为多光谱相机，能够识别各种谱段的光线，从而能判别出地面所拍摄物体。若对光线谱段识别不准确，容易造成相机判别不准确，使拍摄失真。

传统的光学测试存在工具效率低、可重复性差、对测量人员要求高等。如实际中，使用积分球检测相机性能在均匀性和精准度上都有一定优势，积分球体积大、操作复杂，环境要求较高，不能满足相机在研制、装配、调试过程中的快速检测需求。

一种新型相机的测试设备是面光源，对于获得测试面光源有漫反射法、多光束法和积分球法等多种方法，漫反射法通常是漫反射板反射一定位置、一定几何形状的光源，从而形成均匀漫反射光源，这种方法形成的面光源的均匀度较低；多光束法对装置的构造和稳定性要求较高；积分球形成的面光源面积较小，无法满足相机大视场的需要。对相机成像均匀度可进行光定量的检测。

在地面星载相机测试期间,除了要求光源的机械稳定性、光学稳定性和电学稳定性外,对其寿命、体积、能耗、灵敏度等都有要求。相比普通光源存在的发光易烧、热沉积、光衰等缺点，LED光源具有很多优势。它多变换，可利用红、绿、蓝三基色原理行成不同的光色组合，同时应用灵活，有点、线、面各种形式的产品，且控制方便，只要调整电流，就可以随意调光；LED光源性能可靠性高。功耗极低,大量开合后依然保持稳定,并且发光光谱与相机识别光谱相符,能够满足星载相机快速检测和定标需求的光源。

中国发明专利CN201057435Y和CN 101788115A都是采用可调恒流源驱动LED阵列，提供一种体积小、高均匀、低散热的均匀面光源，但CN201057435Y专利不具有多可调的特性，不能实现多种光谱响应度检测；CN 101788115A采用多种颜色的LED构成LED阵列，提供了一种色调可变的面光源，但是LED阵列面积较小，并且只有一块LED陈列，不能满足面光源的后期维护，面光源没有散热装置，保证不了面光源长时间工作的性能要求。

实用新型内容

在下文中给出关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本实用新型的一个主要目的在于提供一种相机多光谱面光源，其均匀度高，光强度大，口径大，便携性好，性能稳定。

根据本实用新型的一个方面，一种相机多光谱面光源，其特征在于，包括控制盒、面光源本体和专用电缆；

其中，

所述面光源本体设置在所述机架上，且所述面光源本体由多个LED阵列单板拼接形成；

所述控制盒通过电缆与所述面光源本体连接。

本实用新型能满足相机在研制、装配、调试过程中的快速检测需求。

附图说明

参照下面结合附图对本实用新型实施例的说明，会更加容易地理解本实用新型的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本实用新型的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本实用新型相机多光谱面光源系统框图；

图2为本实用新型相机多光谱面光源的系统信号链路图；

图3为本实用新型相机多光谱面光源的控制盒的本地控制平台示意图；

图4为本实用新型相机多光谱面光源四色LED驱动器配合图；

图5为本实用新型相机多光谱面光源LED布局图；

图6为本实用新型相机多光谱面光源匀光系统；

图7、图8分别为本实用新型相机多光谱面光源散热系统的正面和背面视图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本实用新型的实施例。在本实用新型的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

相机面光源主要有控制盒、面光源、专用电缆及机架组成。主要以FPGA为控制核心，LT3754为驱动芯片；利用空间优化设计排布，采用多路可调恒流源驱动有多个LED单元构成的多光谱LED阵列，光源由多块光源方形LED阵列单板拼接而成；匀光板散射多光谱LED阵列发出的光线，生成多光谱的均匀朗伯面，朗伯面的照度可调；光源具有亮度高，照射面积大的特点；可以动态实现光谱轮闪和多光谱混色；控制盒和面光源之间长度可达到十米以上，控制盒可与网络连接，实现远程在线控制。

本实用新型是以FPGA控制核心，并且应用确保光源控制信号准确性的信号同步算法，保证光源调节的实时性和稳定性。这是区别于现有面光源的特点之一。

本实用新型可以动态实现光谱连续可调频率闪烁和多光谱混色。光源的闪烁频率和占空比可调，并且满足相机瞬时响应的频率要求，其中频率调节范围：0HZ-150HZ，占空比调节范围：0％-100％；光源可进行单色光测试和红、绿、蓝、红外四色光混色测试。

本实用新型利用空间优化技术，采用LT3754为驱动芯片，驱动有多个LED单元构成的多光谱LED阵列。相机多光谱面光源LED阵列的各个单元均匀分布，每个LED单元由红、绿、蓝、红外四色LED灯组成。每种LED的谱段符合星载相机要求的谱段：全色谱段(P)：0.5um±0.02um—0.8um±0.02um，蓝谱段(B)：0.45um±0.02um—0.52um±0.02um，绿谱段(G):0.52um±0.02um—0.59um±0.02um，红谱段(R):0.63um±0.02um—0.69um±0.02um，近红外谱段(NIR)：0.77um±0.02um—0.89um±0.02um。

本相机多光谱面光源，面光源形状为正方形，大小可以达到70cm*70cm，能很好的解决相机测试中的口径的问题。这是区别于现有面光源的特点之一。

本相机多光谱面光源由4块光源方形LED阵列单板拼接而成，便于前期调试安装以及后期维护。面光源机壳内安装加强筋固定光源板，加强筋由铝材质做成，强度够大，有利于面光源基板的稳固行，对散热也有一定的帮助。这是区别于现有面光源的特点之一。

15LED光源板上方的匀光板散射多光谱LED阵列发出的光线，生成多光谱的均匀朗伯面。匀光板主要是均匀光源的作用，光衰减尽量小、表面亚光处理、具有良好的热传到性能。综合计算均匀光源最佳效果，将匀光板与LED光源板的距离调至40cm。

由于面光源LED光源板处在比较封闭的机壳内，安装散热装置有利于降低机壳内的温度，本实用新型的光源PCB使用铝基板，热量直接通过PCB快速导出，并且通过PCB板的边缘和金属机框外壳直接接触进行导热。在面光源侧面和背面都安装散热装置。这是区别于现有面光源的特点之一。

本实用新型，控制盒上有按键和旋钮，主要调节面光源频闪和各色光亮度调节，控制盒和面光源之间长度可达到十米以上。控制盒可与网络连接，实现远程在线控制。控制盒和面光源之间通过专用电缆连接，专用电缆主要是给面光源传送控制信号和电压。

本实用新型进行地面测试时，星载相机有一定高度，要求支撑面光源支架可以调节高度，并且具有方便安装和拆卸，整体体积小，重量轻，易于携带等特点。

一个控制盒可以控制两个或更多的面光源设备，有利于增加测试面积，同时还可以作为备用光源。这是区别于现有面光源的特点之一。

图1相机多光谱面光源系统框图中，本地控制平台本地控制平台一般和LED光源部分靠近放置，主要在本地完成对LED光源部分的手动设置和供电。包含电源部分，手动参数设置部分，RS485串口部分。控制盒控制旋钮有两排M和S，分别控制两套面光源。图1中旋钮和按钮代表的意义：

R旋钮：调节红色led阵列的亮度

G旋钮：调节绿色led阵列的亮度

B旋钮：调节蓝色led阵列的亮度

IR旋钮：调节红外led阵列的亮度

P旋钮：调节面光源闪烁的频率

W旋钮：调节闪烁时的占空比

s按钮：决定闪烁与否的标志按钮

图2相机多光谱面光源的系统信号链路图，采取R、G、B、IR、F、W电位器电压为采样电压，经过AD采样经信号送给FPGA进行处理。信号通过RS485传到面光源控制板实现各种功能本项目有两套光源部分，所以需要另个485发送芯片。Rs485为差分信号，有利于减少干扰，并且传输距离长。

根据专利CN 101788115A，图4本实用新型相机多光谱面光源四色LED驱动器配合图所示,为了保证同色LED也就是亮度的一致性，同色LED最好由同一个驱动器驱动，不能出现一个驱动器驱动各种不同颜色的LED，因为各色LED的正向电压是不一样的。其中10个红色LED灯串联成一组，10组串联的红色LED灯与驱动器连接；10个绿色LED灯串联成一组，10组串联的绿色LED灯与驱动器连接；10个蓝色LED灯串联成一组，10组串联的蓝色LED灯与驱动器连接；20个红外LED灯串联成一组，10组串联的红外LED灯与驱动器连接；

图5LED在整个平面尽量均匀放置，在功耗，散热，成本最优化的情况下尽量使用多的LED，这样可以得到更高的亮度，更好的光谱均匀度。四个LED为一组，组间的间距为1.6cm，这样LED排布规则，即使手工焊接也不容易出错。4块LED陈列拼接成一整个面光源光源板，这样便于前期调试安装以及后期维护。

图6相机多光谱面光源匀光系统中，经过匀光板散射多光谱LED阵列发出的光线，生成多光谱的均匀朗伯面，经严格计算，匀光板与光源PCB板的最佳距离设定为40mm。

图7图、8相机多光谱面光源匀光系统中，为了尽快散去面光源释放的热量，设计如图所示的散热系统。图7中机壳两侧6风扇进风，6风扇出风，主要是降低LED光源板和匀光板之间腔内的温度，图8中4风扇进风，4风扇出风，主要是降低光源板PCB和控制板的温度。

相机多光谱面光源面光源内部控制板的FPGA主要功能FPGA主要作用是接收远端传过来的信号并处理送给LED发光板控制各种功能。

为了让光衰耗尽量小，在LCD光源部分尽量使用白色背景，PCB需要涂白色亚光油漆，尽量让光线反射的腔体呈现全白。

相机多光谱面光源面光源还可以通过网络进行远程控制，如图1相机多光谱面光源系统框图中，控制盒与网络连接，实现远程在线控制。

通过旋转控制盒上的控制旋钮R、G、B、IR以实现红、绿、蓝、红外的亮度调节，当需要闪烁功能的时候，按下闪烁标志按钮s按钮，再调节P、W旋钮，实现闪烁功能。

为了控制的准确性和光源整体的一致性，FPGA应用信号同步算法和校正算法。

本实用新型特点：

本实用新型的开光电源安装在控制盒内，减小了面光源的体积和重量。面光源机壳内有控制电路板、LED板、匀光板和散热装置，使其具有容易安装、重量轻、便携性好、光源均匀、照度强的特点。

本实用新型的面光源的应用驱动芯片LT3754的PWM控制方式，解决了模拟电压方式调节精度不高的问题，使光源亮度调节连续性更好，频闪更加均匀。PWM模式是通过脉宽来调整的，相机能精确捕捉到频率的变化。

本实用新型的光源由4块光源方形LED阵列单板拼接而成，便于前期调试安装以及后期维护。面光源机壳内安装加强筋固定光源板，加强筋由铝材质做成，强度够大，有利于面光源基板的稳固型，对散热也有一定的帮助。

本实用新型，控制盒上有按键和旋钮，主要调节面光源频闪和各色光亮度调节，控制盒和面光源之间长度可达到十米以上。控制盒可与网络连接，实现远程在线控制。控制盒和面光源之间通过专用电缆连接，专用电缆主要给面光源传送控制信号和电压。

上面对本实用新型的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技术人员所能理解的，本实用新型的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算设备(包括处理器、存储介质等)或者计算设备的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在了解本实用新型的内容的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的，因此不需在此具体说明。

此外，显而易见的是，在上面的说明中涉及到可能的外部操作的时候，无疑要使用与任何计算设备相连的任何显示设备和任何输入设备、相应的接口和控制程序。总而言之，计算机、计算机系统或者计算机网络中的相关硬件、软件和实现本实用新型的前述方法中的各种操作的硬件、固件、软件或者它们的组合，即构成本实用新型的设备及其各组成部件。

因此，基于上述理解，本实用新型的目的还可以通过在任何信息处理设备上运行一个程序或者一组程序来实现。所述信息处理设备可以是公知的通用设备。因此，本实用新型的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者设备的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本实用新型，并且存储或者传输这样的程序产品的介质也构成本实用新型。显然，所述存储或者传输介质可以是本领域技术人员已知的，或者将来所开发出来的任何类型的存储或者传输介质，因此也没有必要在此对各种存储或者传输介质一一列举。

在本实用新型的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本实用新型的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本实用新型具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本实用新型及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本实用新型的公开内容将容易理解，根据本实用新型可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (9)

1.一种相机多光谱面光源，其特征在于，包括控制盒、面光源本体、专用电缆和机架；

其中，

所述面光源本体设置在所述机架上，且所述面光源本体由多个LED阵列单板拼接形成；

所述控制盒通过电缆与所述面光源本体连接。

2.根据权利要求1所述的相机多光谱面光源，其特征在于：

所述LED阵列单板为方形，且每个相邻LED阵列单板之间的间距相等。

3.根据权利要求1所述的相机多光谱面光源，其特征在于：

每个所述LED阵列单板均匀分布有多个LED单元，且每个所述LED单元均包括红、绿、蓝、红外四色LED灯。

4.根据权利要求3所述的相机多光谱面光源，其特征在于：

所述面光源本体还包括驱动单元，用于驱动每个LED单元。

5.根据权利要求4所述的相机多光谱面光源，其特征在于：

所述驱动单元包括LT3754芯片。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的相机多光谱面光源，其特征在于：

所述面光源本体为正方形。

7.根据权利要求3所述的相机多光谱面光源，其特征在于，所述LED阵列单板还包括背板，所述多个LED单元固定在所述背板上。

8.根据权利要求7所述的相机多光谱面光源，其特征在于：

所述背板为铝基板材。

9.根据权利要求6所述的相机多光谱面光源，其特征在于：

所述机架还包括机壳，机壳内设有加强筋，所述面光源本体通过所述加强筋固设在所述机壳内。