[发明专利]基于激光指示与图像处理的圆顶随动控制方法及其设备

说明书

技术领域

本发明属于天文仪器研究与制造领域，具体涉及一种用于对天文圆顶进行随动控制的基于激光指示与图像处理的圆顶随动控制方法，以及这种随动控制方法所使用的设备。

背景技术

天文望远镜一般固定安装在天文圆顶内，望远镜透过圆顶的天窗观测天体。当望远镜指向不同位置时，天窗应该一直对准望远镜镜筒所指的方位。目前一般用计算机自动控制圆顶，使其总是对准望远镜方位，这就是圆顶的随动。目前用以下方法进行圆顶随动控制。

在圆顶方位传动系统的某一位置安装角度检测元件，用于检测圆顶转过的角度，并在圆顶的零位处安装零位检测开关，构成增量式的角度计量系统，得到圆顶的当前方位。同时，根据望远镜的轴角、安装地的经纬度、望远镜的机架形式，计算望远镜指向的地平方位，根据圆顶方位与望远镜指向方位的差来控制圆顶正转、反转或停止。

常用的圆顶角度检测元件有：霍尔元件+磁钢、光栅编码器、机械齿盘+光电二极管等。

这种控制方法主要存在四个方面的缺点。首先，当用“霍尔元件+磁钢”作检测元件时，霍尔元件的寿命较短，容易损坏，带来较高的维修成本。当用“光栅编码器”、机械齿盘作检测元件时，由于圆顶运动时震动大，环境灰尘多，光栅容易破碎，齿盘的间隙易被灰尘堵塞，造成角度检测失灵。无论哪种检测元件都不能达到可靠、耐用的要求，其次，由于圆顶重量大，一般用大功率的三相电机驱动，在电机启动/停止、继电器吸合/松开时，计数系系统受到较强的电磁干扰，计数容易出错；第三，对于望远镜的两个轴不相交的机架形式，例如德国式、水平式、带重锤平衡的地平式等，由望远镜轴角计算而得的方位并不是望远镜指向的实际方位，需要根据望远镜、圆顶的机架尺寸，用复杂的天文数学方法加以改正，称为轴交点偏心改正，改正的公式推导困难、需实测的参数多、不同机架形式的望远镜其公式不同；第四，这种方法要求望远镜两轴的交点应处于圆顶的球心，或处于通过圆顶球心的铅垂线上。增加了安装的难度，对于望远镜两轴不相交的情况，更加难以精确安装。由于存在这此缺点，圆顶随动难以达到较高的精度，可靠性难以保证，甚至经常发生镜筒被圆顶遮挡的情况，

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明将提供一种基于激光指示与图像处理的圆顶随动控制方法，该新的圆顶随动控制方法用价格低廉的“网络摄像头+激光指示器”，自动检测圆顶天窗与望远镜是否对准(而不必检测圆顶的方位值，不需要圆顶方位检测装置)，可以适合于任何机架形式的望远镜，对望远镜两轴是否相交及交点的安装位置没有要求，整个随动系统的器材和安装成本基本没有增加，但维护、维修成本大幅下降，性能可靠耐用、抗干扰力强，通用性好。本发明还将提供这种随动控制方法所使用的设备。

完成上述发明任务的方案是：

一种基于激光指示与图像处理的圆顶随动控制方法，步骤如下：

(1)、在望远镜镜筒上，安装一只摄像头，摄像头光轴与望远镜光轴基本平行，摄像头由软件设定曝光时间、帧率等拍摄参数；

在望远镜镜筒外壁上，等间隔地安装若干只激光器(在本方案中是作为激光指示器)，所有激光器的光轴与望远镜光轴基本平行；

所述的“等间隔”是指围绕望远镜镜筒的角度。例如安装3只激光器时为间隔120°；安装6只激光器时为间隔60°。本申请推荐：每隔90°安装一只激光器，共4只。

(2)、计算机每隔一设定的时间，采集10～50幅图像，进行叠加去噪处理，得到望远镜指向处的图像；

(3)、根据所选激光指示器的颜色，由软件滤除图像背景，得到激光点个数；

(4)、随动控制软件根据激光点的个数，控制圆顶电机正转、反转，直到激光点消失，此时望远镜对准天窗，停止圆顶电机，该次随动动作完成；

(5)、反复执行以上的第(2)步骤到第(4)步骤，直到观测结束或撤消随动控制。

以上方法的工作原理是：当望远镜镜筒指向在“圆顶天窗”范围内时，激光点射出天窗，不能被反射回来，摄像头拍不到激光点的像，此时圆顶电机不需运转；当镜筒指向不全部在“圆顶天窗”内，即镜筒的部分或全部被圆顶遮挡时，激光被圆顶内壁反射回来，摄像头可拍到至少一个激光点，此时圆顶电机需转动。

以上方法的优化方案有：

1、除了望远镜镜筒外壁上安装的激光器外；将更多数目的激光指示器安装在镜筒的外接多边形的顶点上(例如，增加三只激光指示器，安装在镜筒的外接三角形的顶点上)；

2、所述激光指示器的颜色(波长)根据观测的波段选定，一般选红色，对观测的CCD及人眼的影响小。