[發明專利]一種基于濾光片輪轉動成像的紅外成像系統及成像方法

有效

• 申請號: 202010126504.3
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111175965B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 周潘偉;于洋;高思莉;李范鳴
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G02B26/00
• 分類號: G02B26/00;G03B11/00;G03B17/55;H04N23/55
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

1.一種基于濾光片輪轉動成像的紅外成像系統，包括組件殼體(1)，上蓋板(2)，散熱蓋板(3)，圓形電連接器(4)，鏡頭蓋板(5)，基板(6)，濾光片輪鏡頭組件(7)，探測器組件(8)，電源安裝板(9)，電源電路板(10)，導熱橡膠片(11)，控制電路板(12)，控制板支架一(13)，控制板支架二(14)；其特征在于：

所述的組件殼體(1)為通過鋁合金平板焊接加工出的中空方形殼體結構，組件殼體(1)左側有鏡頭槽(1-1)，前側右部有散熱通孔(1-2)，上側有蓋板通孔(1-3)，前側左部有電連接器安裝孔(1-4)；

所述的濾光片輪鏡頭組件(7)包括濾光片輪基板(7-1)，濾光片輪基架(7-2)，直流無刷電機(7-3)，濾光片轉盤(7-4)，濾光片一(7-5)，濾光片二(7-6)，濾光片三(7-7)，濾光片四(7-8)，濾光片壓盤(7-9)，光學鏡頭(7-10)，光電開關支架(7-11)，光電開關(7-12)；其結構為：所述的濾光片一(7-5)、所述的濾光片二(7-6)、所述的濾光片三(7-7)、所述的濾光片四(7-8)都為扇形圓環結構，扇形圓心角為90°；所述的濾光片轉盤(7-4)為圓盤結構，中心有電機軸安裝孔，扇形圓環安裝槽一(7-46)、扇形圓環安裝槽二(7-47)、扇形圓環安裝槽三(7-48)、扇形圓環安裝槽四(7-49)在濾光片轉盤(7-4)圓周上四等分均布并按照順時針方向依次排列，所述的扇形圓環安裝槽一(7-46)、所述的扇形圓環安裝槽二(7-47)、所述的扇形圓環安裝槽三(7-48)及所述的扇形圓環安裝槽四(7-49)底面有濾光片安裝面，擋片一(7-41)、擋片二(7-42)、擋片三(7-43)、擋片四(7-44)、擋片五(7-45)為濾光片轉盤(7-4)圓周方向上順時針依次排列的凸片，所述的擋片一(7-41)在扇形圓環安裝槽一(7-46)與扇形圓環安裝槽二(7-47)中間位置，所述的擋片二(7-42)在扇形圓環安裝槽二(7-47)與扇形圓環安裝槽三(7-48)中間位置，所述的擋片三(7-43)在扇形圓環安裝槽三(7-48)與扇形圓環安裝槽四(7-49)中間位置，所述的擋片四(7-44)在扇形圓環安裝槽四(7-49)與扇形圓環安裝槽一(7-46)中間位置，所述的擋片一(7-41)與擋片五(7-45)在濾光片轉盤(7-4)圓周方向上夾角為16°～20°之間的角度；所述的濾光片輪基架(7-2)通過螺釘固定安裝在濾光片輪基板(7-1)上表面右部，所述的直流無刷電機(7-3)通過螺釘固定安裝在濾光片輪基架(7-2)中部，所述的光學鏡頭(7-10)中心孔內安裝有光學成像鏡片，光學鏡頭(7-10)通過螺釘固定安裝在濾光片輪基架(7-2)上部；濾光片轉盤(7-4)的電機軸安裝孔套裝在直流無刷電機(7-3)輸出軸上并通過緊定螺釘固定連接，濾光片一(7-5)安裝在扇形圓環安裝槽一(7-46)槽內，濾光片二(7-6)安裝在扇形圓環安裝槽二(7-47)槽內，濾光片三(7-7)安裝在扇形圓環安裝槽三(7-48)槽內，濾光片四(7-8)安裝在扇形圓環安裝槽四(7-49)槽內，所述的濾光片壓盤(7-9)通過螺釘固定安裝在濾光片轉盤(7-4)前端面上，同時濾光片壓盤(7-9)將濾光片一(7-5)、濾光片二(7-6)、濾光片三(7-7)及濾光片四(7-8)壓緊固定；所述的光電開關支架(7-11)通過螺釘固定安裝在濾光片輪基板(7-1)上表面左部，所述的光電開關(7-12)通過螺釘固定安裝在光電開關支架(7-11)前端面上；當啟動直流無刷電機(7-3)驅動濾光片轉盤(7-4)逆時針轉動時，通過光學鏡頭(7-10)成像的系統成像光路依次循環通過濾光片一(7-5)、濾光片二(7-6)、濾光片三(7-7)、濾光片四(7-8)，而擋片一(7-41)、擋片二(7-42)、擋片三(7-43)、擋片四(7-44)、擋片五(7-45)也依次循環穿過光電開關(7-12)的檢測凹槽，當擋片一(7-41)、擋片二(7-42)、擋片三(7-43)、擋片四(7-44)、擋片五(7-45)中的任意一個擋片進入光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋時將使得光電開關(7-12)產生電信號；

所述的探測器組件(8)包括探測器基座(8-1)，探測器下底板(8-2)，探測器安裝板(8-3)，紅外探測器(8-4)；其結構為：所述的探測器基座(8-1)上表面有光校凸臺，所述的探測器下底板(8-2)底面通過螺釘與探測器基座(8-1)上表面固定連接，探測器下底板(8-2)通過探測器基座(8-1)光校凸臺左右定位前后平移進行光路校準，所述的探測器安裝板(8-3)通過螺釘固定安裝在探測器下底板(8-2)上部U形槽內，探測器安裝板(8-3)通過探測器下底板(8-2)的U形槽前后定位左右平移進行光路校準，所述的紅外探測器(8-4)通過螺釘固定安裝在探測器安裝板(8-3)上表面；

所述的濾光片輪鏡頭組件(7)的濾光片輪基板(7-1)通過螺釘固定安裝在所述的基板(6)上端面左部，所述的探測器組件(8)的探測器基座(8-1)通過螺釘固定安裝在基板(6)上端面右部，所述的探測器組件(8)的紅外探測器(8-4)的焦平面與所述的濾光片輪鏡頭組件(7)的光學鏡頭(7-10)的成像光路焦平面重合；所述的電源安裝板(9)通過螺釘與基板(6)固定連接，所述的電源電路板(10)通過螺釘與電源安裝板(9)固定連接，所述的導熱橡膠片(11)通過膠粘固定安裝在電源電路板(10)凸起的電源模塊上；所述的控制板支架一(13)通過螺釘與基板(6)固定連接，安裝在探測器組件(8)前側，所述的控制板支架二(14)通過螺釘與基板(6)固定連接，安裝在探測器組件(8)后側，所述的控制電路板(12)通過螺釘與控制板支架一(13)及控制板支架二(14)上端面固定連接；所述的組件殼體(1)下部套裝在基板(6)四周并通過螺釘固定安裝，所述的上蓋板(2)通過螺釘固定安裝在組件殼體(1)上側，對所述的組件殼體(1)的蓋板通孔(1-3)進行密封，當拆除上蓋板(2)后可通過蓋板通孔(1-3)對控制電路板(12)進行調試維修；所述的散熱蓋板(3)通過螺釘固定安裝在組件殼體(1)前側右部，對所述的組件殼體(1)的散熱通孔(1-2)進行密封，同時散熱蓋板(3)將導熱橡膠片(11)壓緊，電源電路板(10)凸起的電源模塊工作時產生的熱量通過接觸傳導至散熱蓋板(3)及組件殼體(1)進行散熱；所述的圓形電連接器(4)通過螺釘固定安裝在組件殼體(1)前側左部，圓形電連接器(4)尾部穿過所述的組件殼體(1)的電連接器安裝孔(1-4)；所述的鏡頭蓋板(5)通過螺釘固定安裝在組件殼體(1)左側，對所述的組件殼體(1)的鏡頭槽(1-1)進行密封，同時鏡頭蓋板(5)上部通孔孔內安裝有O型密封圈，鏡頭蓋板(5)上部通孔套裝在所述的濾光片輪鏡頭組件(7)的光學鏡頭(7-10)鏡筒上，通過O型密封圈密封連接。

2.一種基于權利要求1所述的基于濾光片輪轉動成像的紅外成像系統的成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，啟動所述的濾光片輪鏡頭組件(7)的直流無刷電機(7-3)，驅動所述的濾光片轉盤(7-4)、所述的濾光片一(7-5)、所述的濾光片二(7-6)、所述的濾光片三(7-7)、所述的濾光片四(7-8)及所述的濾光片壓盤(7-9)逆時針轉動，所述的擋片五(7-45)、所述的擋片一(7-41)、所述的擋片二(7-42)、所述的擋片三(7-43)、所述的擋片四(7-44)依次穿過所述的光電開關(7-12)的檢測凹槽并不斷循環,當擋片五(7-45)、擋片一(7-41)、擋片二(7-42)、擋片三(7-43)、擋片四(7-44)中的任意一個擋片進入光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋時，光電開關(7-12)產生電信號，記錄濾光片轉盤(7-4)轉動時光電開關(7-12)初始產生的六個電信號；

步驟2，記錄所述的濾光片轉盤(7-4)轉動時所述的光電開關(7-12)初始產生的六個電信號的間隔時間，其中間隔時間最短的是所述的擋片五(7-45)及所述的擋片一(7-41)依次進入光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋時產生的兩個電信號的間隔時間，記錄間隔時間最短的兩個電信號，這兩個電信號其中第二個電信號即為擋片一(7-41)進入光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋時產生的電信號，控制系統通過此電信號記錄濾光片轉盤(7-4)在循環逆時針轉動時擋片一(7-41)進入光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋時的位置為轉動零位位置，通過此轉動零位位置控制系統可以識別擋片一(7-41)、所述的擋片二(7-42)、所述的擋片三(7-43)、所述的擋片四(7-44)依次循環進入光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋時產生的電信號；

步驟3，保持所述的濾光片輪鏡頭組件(7)的直流無刷電機(7-3)驅動所述的濾光片轉盤(7-4)、所述的濾光片一(7-5)、所述的濾光片二(7-6)、所述的濾光片三(7-7)、所述的濾光片四(7-8)及所述的濾光片壓盤(7-9)逆時針轉動，啟動所述的探測器組件(8)的紅外探測器(8-4)進行紅外成像，當所述的擋片一(7-41)進入所述的光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋，光電開關(7-12)產生電信號后，紅外探測器(8-4)通過濾光片三(7-7)選擇波段進行成像；當所述的擋片二(7-42)進入光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋，光電開關(7-12)產生電信號后，紅外探測器(8-4)通過濾光片四(7-8)選擇波段進行成像；當所述的擋片三(7-43)進入光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋，光電開關(7-12)產生電信號后，紅外探測器(8-4)通過濾光片一(7-5)選擇波段進行成像；當所述的擋片四(7-44)進入光電開關(7-12)的檢測凹槽中將光電開關(7-12)的檢測光完全遮擋，光電開關(7-12)產生電信號后，紅外探測器(8-4)通過濾光片二(7-6)選擇波段進行成像；在直流無刷電機(7-3)驅動濾光片轉盤(7-4)、濾光片一(7-5)、濾光片二(7-6)、濾光片三(7-7)、濾光片四(7-8)及濾光片壓盤(7-9)循環逆時針快速轉動過程中，紅外探測器(8-4)可以依次循環通過濾光片一(7-5)、濾光片二(7-6)、濾光片三(7-7)、濾光片四(7-8)選擇波段進行可識別的不同波段的高幀頻紅外多光譜成像。