一种光谱测量装置及其目标追踪方法

本发明属于光电经纬仪技术领域，尤其涉及一种光谱测量装置其目标追踪方法。

背景技术：

电经纬仪可以实时跟踪目标，在跟踪动态目标过程中，基于光电跟踪原理，图像跟踪器实时发送被跟踪目标偏离光轴中心角偏移量，伺服系统按照图像跟踪器输出值修正光轴角度，最终理想的跟踪系统表现形式为目标在运动过程中，光轴始终围绕目标附近小角度摆动。

传统技术测量运动目标光谱特征采用如下方法：在光电经纬仪光路中加入光谱测量装置，如图1所示，光路经分光镜分光后，一部分光分配到目标跟踪系统a，一部分光分配到光谱测量系统b，调整目标跟踪系统和光谱测量系统的光学系统，使两个子系统的光十字丝重合。这样，光谱测量系统能够获得光谱数据即为目标跟踪系统光学中心位置目标的光谱数据。由于伺服系统跟踪动态目标过程中，光轴始终围绕目标附近波动，光谱测量系统采集到的光谱主要为运动目标领域的背景，不能很好地表达被跟踪目标光谱特征。

技术实现要素：

本发明为解决上述问题，提供一种光谱测量装置其目标追踪方法，通过在目标跟踪系统和高光谱测量系统之间加入dmd装置，使目标跟踪系统和高光谱测量系统协同工作，实现对动态目标高光谱数据精准测量，具体包括：

一种光谱测量装置，包括：

分光元件，将一束入射光路分成反射光路和透射光路；

目标跟踪系统，设置在所述反射光路上并用于追踪目标位置，将追踪到的目标位置坐标以dmd控制信号形式发出，所述目标跟踪系统还发出探测器触发控制信号；

dmd装置，设置在所述透射光路上并包括dmd控制器和dmd数字微反射镜，所述dmd控制器根据接收到的dmd控制信号开启对应的数字微反射镜；

高光谱测量系统，接收所述探测器触发控制信号后，采集所述开启的数字微反射镜上的光谱信息。

优选的，所述目标跟踪系统包括伺服系统、图像跟踪器；

所述图像跟踪器计算目标脱靶量，将所述目标脱靶量发送至所述伺服系统，并发出所述dmd控制信号和所述探测器触发控制信号；

所述伺服系统根据所述目标脱靶量调整光轴角度使光轴紧跟目标。

优选的，所述高光谱测量系统包括pg分光模块和高光谱采集模块；

所述pg分光模块接收所述数字微反射镜发出的光并将其色散为多色光谱；

所述高光谱采集模块接收所述探测器触发控制信号后对所述pg分光模块进行光谱采集。

优选的，所述pg分光模块包括用于将白色光发散为多色光谱的光栅和棱镜。

一种光谱测量装置的目标追踪方法，包括如下步骤：

s1：分光元件将入射光路分为透射光路和反射光路，调整目标跟踪系统和高光谱测量系统的光十字丝重合；

s2：目标跟踪系统追踪目标位置，向dmd控制器发送dmd控制信号、向高光谱采集模块发送探测器触发控制信号；

s3：在dmd数字微反射镜中查找，位置与m个目标精确坐标对应的m个数字微反射镜，将所述对应的数字微反射镜开启，同时高光谱采集模块接收所述探测器触发控制信号后被开启；

s4：所述高光谱采集模块对光谱进行采集。

优选的，所述步骤s3中开启的数字微反射镜将收到的光传送至pg分光模块。

优选的，所述步骤s2中的图像跟踪器对m个目标进行追踪并计算对应目标的精准坐标，将所述m个目标的精准坐标发送至所述伺服系统，其中，m≥1。

优选的，所述精准坐标的计算方法：所述图像跟踪器通过多目标跟踪算法求出每个目标的脱靶量，根据脱靶量确定目标的精确坐标。

优选的，所述伺服机构的光轴追踪所述m个目标中主根目标。

优选的，所述步骤s3中查找m个对应的数字微反射镜的方法为：

s301：所述图像跟踪器将目标脱靶量以dmd控制信号形式发送至dmd控制器；

s302：所述dmd控制器查找每个数字微反射镜与所述图像跟踪器的空间像素位置关联表map的关系；

s303：根据空间像素位置关联表map，分别找到所述m个目标对应位置上的m个数字微反射镜。

优选的，所述步骤s2中的dmd控制信号包括精确目标位置，所述dmd控制信号发送至所述dmd控制器的标准为：

s201：判断每两个目标之间的距离是相近；

s202：如果两个目标相近，则不向所述dmd控制器发送该两个目标的坐标，否则，向所述dmd控制器发送目标的坐标。

优选的，所述每两个目标之间的距离是否相近的标准为：

其中，abs(xi-xj)＜6为两个目标横坐标之间的距离小于6个像素，abs(yi-yj)＜100为两个目标回见纵坐标距离小于100个像素。

有益效果：本发提出的跟踪系统采用多光谱探测器，通过在目标跟踪系统和光谱测量系统之间加入dmd装置，使目标跟踪系统和高光谱测量系统协同工作，实现对动态目标高光谱数据精准测量。

在测量过程中，为了避免多个目标之间光谱发生干扰，在图像跟踪器多目标跟踪过程中，设置了发送至dmd控制器中的目标点位置的条件，两个目标之间能量弱的目标位置不发送至dmd控制器，从而确保多个目标在高光谱测量系统中光谱不发生混叠。

附图说明

图1为现有技术光谱测量装置结构示意图；

图2为本发明一种实施例的光谱测量装置结构示意图；

图3为本发明一种实施例各单元关键信号工作时序表。

附图3中的相关说明：

ta：图像跟踪器探测器触发积分开始时刻

tb：图像跟踪器开始计算目标位置时刻

tc：图像跟踪器计算完目标位置并立刻发送目标脱靶量时刻

td：dmd控制器开启指定某个数字微反射镜时刻

te：dmd控制器数字微反射镜全部关闭时刻

tf：高光谱采集模块开始采集光谱时刻

tg：高光谱采集模块停止采集光谱时刻

其中，以上数据的坐标轴位置关系为：ta＜tb＜tc＜td＜tf＜tg＜te。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，本文使用术语第一、第二、第三等来描述各种部件或零件，但这些部件或零件不受这些术语的限制。这些术语仅用来区别一个部件或零件与另一部件或零件。术语诸如“第一”、“第二”和其他数值项在本文使用时不是暗示次序或顺序，除非由上下文清楚地指出。为了便于描述，本文使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“上部的”、“左”、“右”等，以描述本实施例中部件或零件的方位关系，但这些空间相对术语并不对技术特征在实际应用中的方位构成限制。

常规动目标高光谱获取方法经常将动目标光谱和背景光谱混叠在一起，难以精准获得目标光谱曲线。但是图像跟踪器脱靶量与dmd控制器协同工作，可以精准获得动目标高光谱数据，所以本发明的一种光谱测量装置引用了dmd装置，实现了高光谱测量装置和跟踪系统的协同合作。

快照式视频成像光谱仪的光谱定标经验发现，在微透镜阵列的快照式视频成像光谱仪的基础上，光谱设计模型理论位置与光斑在探测器实际位置匹配的过程中，首先要做的就是将探测器上的有效光斑提取出来，然而由于背景靶面亮度不均匀，会造成亮斑提取难度加大。通常如果设定阈值较大，可能导致亮斑提取不完全，而设定阈值较小，会将像面背景提取出来，造成亮斑提取误差较大。因此本发明实施例提出利用划分子区域以及通过子区域邻域的初始灰度阈值t0来确定中心区域的最佳灰度阈值，从而确定亮点准确位置并对亮点有效性加以判断，进而提高快照式视频成像光谱仪光谱定标精度。具体如下：

如图2至图3所示，一种光谱测量装置，包括：

分光元件，将一束入射光路分成反射光路和透射光路；

目标跟踪系统，设置在反射光路上并用于追踪目标位置，将追踪到的目标位置坐标发送dmd控制信号和探测器触发控制信号；

dmd装置，设置在透射光路上并包括dmd控制器和dmd数字微反射镜，dmd控制器根据接收到的dmd控制信号开启对应的数字微反射镜；

高光谱测量系统，接收探测器触发控制信号后，采集开启的数字微反射镜上的光谱信息。

本装置的具体结构为：分光元件将光路分为反射光路和透射光路，反射光路的终端设置有目标跟踪系统，透射光路上依次设置有dmd控制器、高光谱测量系统。目标跟踪系统可以向dmd装置发送控制信号并向高光谱采集模块发送探测信号。

优选的一种实施方式，目标跟踪系统包括伺服系统、图像跟踪器；图像跟踪器计算目标脱靶量，将目标脱靶量发送至伺服系统，并发出dmd控制信号和探测器触发控制信号；伺服系统根据目标脱靶量调整光轴角度使光轴紧跟目标。高光谱测量系统包括pg分光模块和高光谱采集模块；pg分光模块接收数字微反射镜发出的光并将其色散为多色光谱；高光谱采集模块接收探测器触发控制信号后对pg分光模块进行光谱采集。pg分光模块包括用于将白色光发散为多色光谱的光栅和棱镜。

本装置的具体工作为：光路经过分光元件后，一路分光至目标跟踪系统，另一路分光至dmd控制器和高光谱测量系统。目标跟踪系统核心部分包括图像跟踪器和伺服系统，图像跟踪器计算目标偏离靶面中心精准数值，并将目标脱靶量发送到伺服系统，伺服系统按照目标脱靶量及时调整光轴角度，确保光轴围绕目标小角度摆动。图像跟踪器与dmd控制器之间加入一路控制信号为dmd控制信号，在图像跟踪器与光谱采集模块之间加入一路外触发信号为探测器触发控制信号。

优选的一种实施例：图像跟踪器计算完目标脱靶量后将目标位置(x1,y1)以dmd控制信号的形式发送至dmd控制器，dmd控制器查找dmd数字微反射镜中各个数字微反射镜与目标跟踪器空间像素位置关联表map，找到与图像跟踪器目标位置(x1,y1)对应dmd数字微反射镜位置(x1＇,y1＇)，dmd控制器打开该数字微反射镜，这样高光谱测量系统可以获得该数字微反射镜位置处的高光谱数据，该微反射镜即为被跟踪目标在dmd阵列中的成像位置。图像跟踪器在向dmd控制器发送控制信号的同时，也向高光谱采集模块发送外触发命令，高光谱采集模块开始采集高光谱数据。

如图2和图3所示，一种光谱测量装置的目标追踪方法，包括如下步骤：

s1：分光元件将入射光路分为透射光路和反射光路，调整目标跟踪系统和高光谱测量系统的光十字光丝重合；

s2：目标跟踪系统追踪目标位置，向dmd控制器发送dmd控制信号、向高光谱采集模块发送探测器触发控制信号；

s3：在dmd数字微反射镜中查找，位置与m个目标精确坐标对应的m个数字微反射镜，将对应的数字微反射镜开启，同时高光谱采集模块接收探测器触发控制信号后被开启；

s4：高光谱采集模块对光谱进行采集。

根据结合图3的时序表，dmd控制器在时刻td打开dmd数字微反射镜中的某个数字微反射镜，tf至tg高光谱采集模块开始采集光谱数据，tf与td基本相等，一般为tf滞后td约20μs。在时刻te，dmd控制器关闭所有dmd数字微反射镜中的数字微反射镜。

本发明的一种实施例的探测器触发控制信号的发送时间是为节省装置最优的开启时序，因为即使探测器触发控制信号即使提前开启，也是没有有效光谱信息进入。

优选的一种实施方式，所述步骤s3中开启的数字微反射镜将收到的光传送至pg分光模块。所述步骤s2中的图像跟踪器对m个目标进行追踪并计算对应目标的精准坐标，将所述m个目标的精准坐标发送至所述伺服系统，其中，m≥1。所述精准坐标的计算方法：所述图像跟踪器通过多目标跟踪算法求出每个目标的脱靶量，根据脱靶量确定目标的精确坐标。

步骤s3中查找m个对应的数字微反射镜的方法为：

s301：图像跟踪器将目标脱靶量以dmd控制信号形式发送至dmd控制器；

s302：dmd控制器查找每个数字微反射镜与图像跟踪器的空间像素位置关联表map的关系；

s303：根据空间像素位置关联表map，分别找到m个目标对应位置上的m个数字微反射镜。

优选的，步骤s2中dmd控制信号包括精确目标位置，dmd控制信号发送至dmd控制器的标准为：

s201：判断每两个目标之间的距离是相近；

s202：如果两个目标相近，则不向dmd控制器发送该两个目标的坐标，否则，向dmd控制器发送目标的坐标。

优选的，每两个目标之间的距离是相近的标准为：

其中，abs(xi-xj)＜6为两个目标横坐标之间的距离小于6个像素，abs(yi-yj)＜100为两个目标回见纵坐标距离小于100个像素。

在测量过程中，为了避免多个目标之间光谱发生干扰，在图像跟踪器多目标跟踪过程中，设置了发送至dmd控制器中的目标点位置的条件，两个目标之间能量弱的目标位置不发送至dmd控制器，从而确保多个目标在高光谱测量系统中光谱不发生混叠。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。