专利名称：一种高频图像序列的获取方法及其采用的分时分光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分光技术，特别是将入射光分时分配到不同光路的技术。
背景技术：
光电成像探测器尤其是红外探测器，由于受到半导体技术水平限制，读出时电荷转移时间太长，使得探测器的测量帧频通常较低并难以有效提高。以320X256的HgCdTe中波红外焦平面探测器为例，若面阵的数据读出速度为每路6. 6MHz，4路并行读取时，对应的读出时间为320X256/4/6600000 = O. 0031s。该焦平面阵列的最高帧频可以做到320Hz，而此时的积分时间仅有(1/320-0. 0031) X10_6s=22us。若工程需求Ims的积分时间，此时只能降频使用，最高也只能用到不足250Hz。由此可见，阻碍红外测量系统帧频提高最主要 因素在于红外焦平面阵列的读取速度较慢，而不是积分时间太长。若要保证一定的积分时间，只能降频使用探测器。如若需要得到更高帧频的测量图像则需要研发新型器件，研制费用高，周期长，且存在着热分辨率下降、积分时间缩短等技术缺点。常规分光技术包括棱镜分光和光谱分光。棱镜分光利用不同波长光通过棱镜后折射角的不同来进行分光；光谱分光可以通过光学镀膜有选择的将需要波段的光进行反射，而将其他的光进行透射，以达到分光利用的目的。这种折反射系统的光学效率不可能做到100%，越往系统后端，光通量下降越明显。此外，这种系统只能有选择的利用某固定波段，不能将所有的入射光分配到后端探测器上，因此当感兴趣的波段发生变化时除了更换探测器还需要更换前端的光学系统，适应性较差，且成本高。
发明内容
本发明提出一种高频图像序列的获取方法及其采用的分时分光装置，利用这种分时分光装置能够将入射光分时分光到多个探测器，经合成后得到高帧频的测量图像。本发明提供的基本技术方案如下一种分时分光装置，包括多个旋转叶轮，这些旋转叶轮的转动平面相互平行，且转动中心位于同一直线上；每个旋转叶轮的周向均布有N+M个孔位，各孔位中心位于以叶轮转动中心为圆心的同一圆周上，其中M个孔位为通孔，N个孔位设置有反射镜，N SM，且反射镜的反射面与叶轮转动平面平行；输入光的光轴与所述同一直线平行，输入光的光轴与反射镜的反射面之间的夹角能够保证反射光无遮挡出射；各个旋转叶轮上通孔和反射镜的排布关系应当满足所有旋转叶轮的孔位周向和径向均对齐，任一旋转叶轮上的反射镜所在孔位对应的前面所有旋转叶轮的孔位为通孔。基于上述基本结构，本发明还进行了如下优化限定。上述孔位的形状最好为腰子形孔。上述叶轮上有多个反射镜(当然通孔也就有多个)，则多个反射镜和多个通孔均周向对称布局。上述叶轮上也可以只有一个反射镜，其余均为通孔。例如，旋转叶轮共有三个，每个旋转叶轮的周向上均布有四个孔位，其中一个为反射镜，其余三个为通孔。一种高频图像序列的获取方法，采用上述基本方案的分时分光装置，并同步驱动所有的旋转叶轮同向转动；设每过一个单位时间，旋转叶轮上的孔位进位至下一个孔位；tl时刻，入射光投射在第一个旋转叶轮的反射镜上，经反射后形成第一路出射光;t2时刻，此时第一个旋转叶轮的入射光斑位置处为通孔，入射光透过该通孔到达第二个旋转叶轮的反射镜上，经反射后形成第二路出射光；t3时刻，此时第一个和第二个旋转叶轮的入射光斑位置处均为通孔，入射光依次透过第一个旋转叶轮和第二个旋转叶轮的通孔到达第三个旋转叶轮的反射镜上，经反射后形成第三路出射光；如此，之后的各个旋转叶轮的反射镜依次进行反射形成各路出射光，直至最后一个旋转叶轮完成反射后，下一个单位时间，入射光依次透过所有旋转叶轮的通孔直接出射，作为最后一路出射光；至此，分时分光装置的一个旋转周期结束；对每一路出射光分别设置探测器进行采集，后续采集电路将各个探测器的采集结果实时合成后输出或存储，即完成高频图像序列的获取。若每个叶轮上设置多个反射镜，其工作原理与上述方法相同，只不过在一个旋转周期中一个探测器会多次接收到反射光而已。本发明具有以下优点I、本发明用于光测系统，可以获取更多的测量数据，实现对测量对象时间尺度上的细节放大，有利于提高对目标的辨识能力和测量精度。2、本发明可以提高测量系统的帧频，即可以使用低端相机来完成高端相机的测量功能。使低端的红外、可见光相机具备高端相机的探测能力，在节约成本的同时，完成高精度高帧频测量的技术需求。3、本发明可用于大面阵相机或高灵敏度相机记录和测量系统。这类相机曝光时间很短、测量帧频很低，采用分时分光技术就能在一个相机读取数据时使另一个相机曝光，增加了测量系统的并行性，提高了系统的整体测量帧频，这在测量高速变化过程或者做高速相对运动物体时尤为有利。
图I为本发明的工作原理图。图2为本发明的三叶轮组结构及布局示意图。 附图标号说明I-叶轮A ;2叶轮B ;3叶轮C ;4_反射镜A ;5_反射镜B ;6_反射镜C。
具体实施例方式本发明使用多个旋转叶轮镜组，通过按规律排布在叶轮上的通孔或者反射镜，将入射光分时分光到不同的探测器中进行同步曝光，再由后续的采集电路对各个探测器的输出进行采集和合成，最终生成高频(倍频)的红外图像序列。第一个叶轮上的反光镜数决定系统转速，增加反光镜数可以有效降低叶轮的转速。电机转速、反光孔数和单个探测器帧频的对应关系为
权利要求
1.一种分时分光装置，其特征在于包括多个旋转叶轮，这些旋转叶轮的转动平面相互平行，且转动中心位于同一直线上；每个旋转叶轮的周向均布有N+M个孔位，各孔位中心位于以叶轮转动中心为圆心的同一圆周上，其中M个孔位为通孔，N个孔位设置有反射镜，N ^ M，且反射镜的反射面与叶轮转动平面平行；输入光的光轴与所述同一直线平行，输入光的光轴与反射镜的反射面之间的夹角能够保证反射光无遮挡出射；各个旋转叶轮上通孔和反射镜的排布关系应当满足所有旋转叶轮的孔位周向和径向均对齐，任一旋转叶轮上的反射镜所在孔位对应的前面所有旋转叶轮的孔位为通孔。
2.根据权利要求I所述的分时分光装置，其特征在于所述孔位的形状为腰子形孔。
3.根据权利要求2所述的分时分光装置，其特征在于每个叶轮上有多个反射镜，则多个反射镜和多个通孔均周向对称布局。
4.根据权利要求2所述的分时分光装置，其特征在于每个叶轮上只有一个反射镜，其余均为通孔。
5.根据权利要求4所述的分时分光装置，其特征在于旋转叶轮共有三个，每个旋转叶轮的周向上均布有四个孔位，其中一个为反射镜，其余三个为通孔。
6.一种高频图像序列的获取方法，采用如权利要求I所述的分时分光装置，并同步驱动所有的旋转叶轮同向转动；设每过一个单位时间，旋转叶轮上的孔位进位至下一个孔位； tl时刻，入射光投射在第一个旋转叶轮的反射镜上，经反射后形成第一路出射光； t2时刻，此时第一个旋转叶轮的入射光斑位置处为通孔，入射光透过该通孔到达第二个旋转叶轮的反射镜上，经反射后形成第二路出射光； t3时刻，此时第一个和第二个旋转叶轮的入射光斑位置处均为通孔，入射光依次透过第一个旋转叶轮和第二个旋转叶轮的通孔到达第三个旋转叶轮的反射镜上，经反射后形成第三路出射光； 如此，之后的各个旋转叶轮的反射镜依次进行反射形成各路出射光，直至最后一个旋转叶轮完成反射后，下一个单位时间，入射光依次透过所有旋转叶轮的通孔直接出射，作为最后一路出射光；至此，分时分光装置的一个旋转周期结束； 对每一路出射光分别设置探测器进行采集，后续采集电路将各个探测器的采集结果实时合成后输出或存储，即完成高频图像序列的获取。
全文摘要
本发明提供了一种高频图像序列的获取方法及其采用的分时分光装置，包括多个旋转叶轮，这些旋转叶轮的转动平面相互平行，且转动中心位于同一直线上；每个旋转叶轮的周向均布有N+M个孔位，各孔位中心位于以叶轮转动中心为圆心的同一圆周上，其中M个孔位为通孔，N个孔位设置有反射镜，N≥M；输入光的光轴与所述同一直线平行，输入光的光轴与反射镜的反射面之间的夹角能够保证反射光无遮挡出射。本发明可用于大面阵相机或高灵敏度相机记录和测量系统，采用分时分光技术就能在一个相机读取数据时使另一个相机曝光，增加了测量系统的并行性，提高了系统的整体测量帧频，这在测量高速变化过程或者做高速相对运动物体时尤为有利。
文档编号G01J5/08GK102967376SQ20121047270
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者韩俊锋, 高昕, 江波, 唐嘉, 周泗忠, 段晶 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所
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