摘 要設(shè)計一套動態(tài)濾波裝置， 采用步進電機傳動，脈沖頻率控制轉(zhuǎn)速，脈沖個數(shù)控制轉(zhuǎn)角技術(shù)，并對該裝置進行實際實驗，實驗結(jié)果表明，該裝置簡單易行，運行平穩(wěn)，可與攝像系統(tǒng)配合完成濾光實驗，濾光質(zhì)量良好。

【關(guān)鍵詞】濾波裝置 成像 步進電機

攝像機拍攝的圖像是由被拍攝物發(fā)射光（反射光）及背景光兩部分組成。在攝像機已經(jīng)確定下來的情況下，一般采用通過改變曝光參數(shù)的方法，調(diào)整目標成像的亮度來改善目標的成像質(zhì)量。但是在實際使用中，受被拍攝物體的亮度、運動方式、背景環(huán)境等多種因素影響，攝像機的曝光參數(shù)的調(diào)節(jié)有時比較困難，特別是物體本身亮度較強的情況下，參與成像的主要光譜對應的光強太大，使得攝像機接收CCD飽和，而目標輪廓對應的成像光譜光強較弱，所以輪廓不清晰。只靠攝像機自身降低曝光參數(shù)來進行目標的清晰成像并不是那么容易，因此，僅僅依靠調(diào)整曝光參數(shù)是無法從根本上解決成像質(zhì)量清晰與否的問題，需要設(shè)計一套載有不同波段濾光片的濾波轉(zhuǎn)動裝置，采用步進電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)盤來裝夾濾光片，濾波裝置與攝影機時序匹配。本文中設(shè)計的濾波載盤旋轉(zhuǎn)時，不拍攝；電機停轉(zhuǎn)時，攝影機工作。濾波轉(zhuǎn)動裝置通過選擇適當?shù)母咄?、低通或帶通濾波片，將干擾目標成像的光譜成分濾除，使目標在圖像中的對比度得到改善。

1 濾波裝置的組成

濾波裝置是將裝載不同波長性能濾光片的轉(zhuǎn)輪置于攝影或攝像機之前，在攝影、攝像機工作時，控制轉(zhuǎn)輪，使不同波長的光成像，比較成像的質(zhì)量，決定濾光波長。

本套裝置選用常規(guī)攝像機，考慮到目標距離攝影點很遠，使用伽利略系統(tǒng)，目鏡放大倍數(shù)為10倍，焦距為25mm，物鏡焦距為900mm，總角放大倍數(shù)為36倍，有連拍功能。濾波裝置由機械載片轉(zhuǎn)盤、步進電機驅(qū)動器、控制電路以及顯示設(shè)備組成。

主要完成以下功能：

（1）控制電機能夠帶動轉(zhuǎn)盤在0.5s內(nèi)轉(zhuǎn)動72°。

（2）完成轉(zhuǎn)動后滯留一段時間，繼續(xù)下一步，滯留時間以0.1s為單位可調(diào)。

（3）運行速度、加速度可調(diào)，轉(zhuǎn)動角度以0.9°為單位可調(diào)。

（4）具有顯示功能，顯示參數(shù)設(shè)置信息以及電機運行信息。

（5）具備串口功能，可以方便進行程序燒寫，并可與上位機交互通信及控制。

2 步進電機驅(qū)動控制裝置

2.1 步進電機選型

攝像機帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，對電機要求較高，不僅啟動速度要快，而且停止后定位要準確，但在設(shè)計時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動慣量較大，不易停止下來。通過實驗發(fā)現(xiàn)，采用永磁式步進電機可以滿足本裝置中對電機的要求：電機既可滿足帶動轉(zhuǎn)盤高速運動的同時，又可滿足在停止時轉(zhuǎn)盤定位準確無過沖現(xiàn)象，同時功率消耗較小。

步進電機型號定為：85BYGH-201。

2.2 控制電路設(shè)計

步進電機控制方框圖如圖2所示。

為了保證本裝置結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，經(jīng)過論證，步進電機控制器采用STC89C52單片機芯片，能夠滿足本裝置使用要求。該系統(tǒng)能夠發(fā)出脈寬、頻率、脈沖個數(shù)均可控制的方波，控制電機運行，并且還可以利用串口對單片機進行程序的燒寫，對其功能可以進一步擴展。其整體的電路圖如圖3所示。

采用SMC1602A液晶顯示器，能夠?qū)V波裝置的參數(shù)設(shè)置及工作狀態(tài)實時顯示出來，供操作人員實時監(jiān)控。操作人員可以通過操作液晶顯示器面板的控制按鍵，實現(xiàn)裝置控制參數(shù)的顯示、設(shè)置、電機運行和停止等功能。如圖4所示是按鍵控制電路圖。

2.3 軟件設(shè)計

單片機采用多中斷系統(tǒng)，分析判斷中斷標志位，確定有無中斷以及中斷方式，確定中斷方式后再通過查詢方式判斷具體工作模式，最后執(zhí)行相對應程序。軟件控制流程如圖5所示。

3 實驗分析

采用普通攝像機加裝本濾波裝置，濾波片濾光范圍在300nm至1200nm之間，對150米以外的物體做光譜采集，不漏掉目標，干擾光不進入系統(tǒng)，電機帶動轉(zhuǎn)盤按照預設(shè)程序，與攝像系統(tǒng)配合，依次拍下目標光譜信息。本濾波裝置正確地在外場采集了目標光譜。如圖6為拍攝照片濾波對比效果圖。

綜上實驗結(jié)果，從圖中可以看出，濾波裝置正常工作，濾波效果達到預期目標。

4 結(jié)束語

本套濾波裝置采用步進電機傳動，脈沖頻率控制轉(zhuǎn)速，脈沖個數(shù)控制轉(zhuǎn)角，使曝光與傳動匹配。結(jié)構(gòu)簡單易行，用常規(guī)攝影攝像儀器、濾光片，經(jīng)過光譜濾波后改進像質(zhì)效果很明顯，得到較好的像質(zhì)。

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作者簡介

李陽（1977-）男，遼寧省葫蘆島市人。工程師，從事光學測量工作。

作者單位

92941部隊91分隊 遼寧省葫蘆島市 125000