[發(fā)明專利]基于激光指示與圖像處理的圓頂隨動(dòng)控制方法及其設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810022551.2
• 申請(qǐng)日: 2008-08-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101344638A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱慶生;周小軍;戴海港
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京中科天文儀器有限公司
• 主分類號(hào): G02B23/00
• 分類號(hào): G02B23/00;G05D3/12
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所
• 代理人: 栗仲平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天文儀器研究與制造領(lǐng)域，具體涉及一種用于對(duì)天文圓頂進(jìn)行隨動(dòng)控制的基于激光指示與圖像處理的圓頂隨動(dòng)控制方法，以及這種隨動(dòng)控制方法所使用的設(shè)備。

背景技術(shù)

天文望遠(yuǎn)鏡一般固定安裝在天文圓頂內(nèi)，望遠(yuǎn)鏡透過(guò)圓頂?shù)奶齑坝^測(cè)天體。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡指向不同位置時(shí)，天窗應(yīng)該一直對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡鏡筒所指的方位。目前一般用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制圓頂，使其總是對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡方位，這就是圓頂?shù)碾S動(dòng)。目前用以下方法進(jìn)行圓頂隨動(dòng)控制。

在圓頂方位傳動(dòng)系統(tǒng)的某一位置安裝角度檢測(cè)元件，用于檢測(cè)圓頂轉(zhuǎn)過(guò)的角度，并在圓頂?shù)牧阄惶幇惭b零位檢測(cè)開(kāi)關(guān)，構(gòu)成增量式的角度計(jì)量系統(tǒng)，得到圓頂?shù)漠?dāng)前方位。同時(shí)，根據(jù)望遠(yuǎn)鏡的軸角、安裝地的經(jīng)緯度、望遠(yuǎn)鏡的機(jī)架形式，計(jì)算望遠(yuǎn)鏡指向的地平方位，根據(jù)圓頂方位與望遠(yuǎn)鏡指向方位的差來(lái)控制圓頂正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止。

常用的圓頂角度檢測(cè)元件有：霍爾元件+磁鋼、光柵編碼器、機(jī)械齒盤+光電二極管等。

這種控制方法主要存在四個(gè)方面的缺點(diǎn)。首先，當(dāng)用“霍爾元件+磁鋼”作檢測(cè)元件時(shí)，霍爾元件的壽命較短，容易損壞，帶來(lái)較高的維修成本。當(dāng)用“光柵編碼器”、機(jī)械齒盤作檢測(cè)元件時(shí)，由于圓頂運(yùn)動(dòng)時(shí)震動(dòng)大，環(huán)境灰塵多，光柵容易破碎，齒盤的間隙易被灰塵堵塞，造成角度檢測(cè)失靈。無(wú)論哪種檢測(cè)元件都不能達(dá)到可靠、耐用的要求，其次，由于圓頂重量大，一般用大功率的三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在電機(jī)啟動(dòng)/停止、繼電器吸合/松開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)系系統(tǒng)受到較強(qiáng)的電磁干擾，計(jì)數(shù)容易出錯(cuò)；第三，對(duì)于望遠(yuǎn)鏡的兩個(gè)軸不相交的機(jī)架形式，例如德國(guó)式、水平式、帶重錘平衡的地平式等，由望遠(yuǎn)鏡軸角計(jì)算而得的方位并不是望遠(yuǎn)鏡指向的實(shí)際方位，需要根據(jù)望遠(yuǎn)鏡、圓頂?shù)臋C(jī)架尺寸，用復(fù)雜的天文數(shù)學(xué)方法加以改正，稱為軸交點(diǎn)偏心改正，改正的公式推導(dǎo)困難、需實(shí)測(cè)的參數(shù)多、不同機(jī)架形式的望遠(yuǎn)鏡其公式不同；第四，這種方法要求望遠(yuǎn)鏡兩軸的交點(diǎn)應(yīng)處于圓頂?shù)那蛐模蛱幱谕ㄟ^(guò)圓頂球心的鉛垂線上。增加了安裝的難度，對(duì)于望遠(yuǎn)鏡兩軸不相交的情況，更加難以精確安裝。由于存在這此缺點(diǎn)，圓頂隨動(dòng)難以達(dá)到較高的精度，可靠性難以保證，甚至經(jīng)常發(fā)生鏡筒被圓頂遮擋的情況，

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明將提供一種基于激光指示與圖像處理的圓頂隨動(dòng)控制方法，該新的圓頂隨動(dòng)控制方法用價(jià)格低廉的“網(wǎng)絡(luò)攝像頭+激光指示器”，自動(dòng)檢測(cè)圓頂天窗與望遠(yuǎn)鏡是否對(duì)準(zhǔn)(而不必檢測(cè)圓頂?shù)姆轿恢担恍枰獔A頂方位檢測(cè)裝置)，可以適合于任何機(jī)架形式的望遠(yuǎn)鏡，對(duì)望遠(yuǎn)鏡兩軸是否相交及交點(diǎn)的安裝位置沒(méi)有要求，整個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)的器材和安裝成本基本沒(méi)有增加，但維護(hù)、維修成本大幅下降，性能可靠耐用、抗干擾力強(qiáng)，通用性好。本發(fā)明還將提供這種隨動(dòng)控制方法所使用的設(shè)備。

完成上述發(fā)明任務(wù)的方案是：

一種基于激光指示與圖像處理的圓頂隨動(dòng)控制方法，步驟如下：

(1)、在望遠(yuǎn)鏡鏡筒上，安裝一只攝像頭，攝像頭光軸與望遠(yuǎn)鏡光軸基本平行，攝像頭由軟件設(shè)定曝光時(shí)間、幀率等拍攝參數(shù)；

在望遠(yuǎn)鏡鏡筒外壁上，等間隔地安裝若干只激光器(在本方案中是作為激光指示器)，所有激光器的光軸與望遠(yuǎn)鏡光軸基本平行；

所述的“等間隔”是指圍繞望遠(yuǎn)鏡鏡筒的角度。例如安裝3只激光器時(shí)為間隔120°；安裝6只激光器時(shí)為間隔60°。本申請(qǐng)推薦：每隔90°安裝一只激光器，共4只。

(2)、計(jì)算機(jī)每隔一設(shè)定的時(shí)間，采集10～50幅圖像，進(jìn)行疊加去噪處理，得到望遠(yuǎn)鏡指向處的圖像；

(3)、根據(jù)所選激光指示器的顏色，由軟件濾除圖像背景，得到激光點(diǎn)個(gè)數(shù)；

(4)、隨動(dòng)控制軟件根據(jù)激光點(diǎn)的個(gè)數(shù)，控制圓頂電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，直到激光點(diǎn)消失，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天窗，停止圓頂電機(jī)，該次隨動(dòng)動(dòng)作完成；

(5)、反復(fù)執(zhí)行以上的第(2)步驟到第(4)步驟，直到觀測(cè)結(jié)束或撤消隨動(dòng)控制。

以上方法的工作原理是：當(dāng)望遠(yuǎn)鏡鏡筒指向在“圓頂天窗”范圍內(nèi)時(shí)，激光點(diǎn)射出天窗，不能被反射回來(lái)，攝像頭拍不到激光點(diǎn)的像，此時(shí)圓頂電機(jī)不需運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)鏡筒指向不全部在“圓頂天窗”內(nèi)，即鏡筒的部分或全部被圓頂遮擋時(shí)，激光被圓頂內(nèi)壁反射回來(lái)，攝像頭可拍到至少一個(gè)激光點(diǎn)，此時(shí)圓頂電機(jī)需轉(zhuǎn)動(dòng)。

以上方法的優(yōu)化方案有：

1、除了望遠(yuǎn)鏡鏡筒外壁上安裝的激光器外；將更多數(shù)目的激光指示器安裝在鏡筒的外接多邊形的頂點(diǎn)上(例如，增加三只激光指示器，安裝在鏡筒的外接三角形的頂點(diǎn)上)；

2、所述激光指示器的顏色(波長(zhǎng))根據(jù)觀測(cè)的波段選定，一般選紅色，對(duì)觀測(cè)的CCD及人眼的影響小。