[发明专利]一种基于逆向反射背景的主动照明的高速目标探测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于逆向反射背景的主动照明的高速目标探测装置及方法。该装置包括探测相机、补光组件阵列和逆向反光材料的反射器；所述探测相机和补光组件阵列共同位于目标预定运动区域的一侧，所述逆向反光材料的反射器位于目标预定运动区域的另一侧；所述补光组件阵列均匀分布在探测相机光学入口处，其发出的光覆盖目标预定运动区域，且经逆向反光材料的反射器反射后作为目标探测的背景光。本发明巧妙利用了微晶玻璃材料反射光与入射光重合的特性，将主动补光集成在探测端，满足了特殊环境下的背景“点亮”，实现高速目标的准确成像，且系统结构紧凑。

技术领域

本发明涉及一种高速目标探测装置及方法，尤其适用于弱光背景的应用环境。

背景技术

如何测量高速运动目标的运动轨迹是目标探测技术的一个难题。传统的高速运动目标探测方法是采用“背光法”，即以背景为光源，目标为“阴影”，对高速运动目标进行拍摄测量，例如中国专利文献CN110470858A(一种亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置以及方法)。背景可以是可见光波段、紫外波段、激光波段等，用于探测传感器和光学系统与背景光源配合使用。图1所示为可见光波段背景。

传统的高速运动目标探测方法的使用弊端是：必须将拍摄背景“点亮”，即有发光背景。在实际操作中，让背景“点亮”，必须在背景中放置光源，而有些特殊应用环境，无法在背景中放置光源阵列或者平面光源；同时，背景光源的面积也必须足够大，才能满足拍摄距离以及探测器光学视场的需求。

发明内容

本申请的目的是：对于“背景”无法点亮的场景，解决目前主动补光的方式进行高速目标探测存在的受到客观环境限制以及对光源尺寸要求较高的问题。

本发明的解决方案如下：

一种基于逆向反射背景的主动照明的高速目标探测装置，包括探测相机、补光组件阵列和逆向反光材料的反射器；所述探测相机和补光组件阵列共同位于目标预定运动区域的一侧，所述逆向反光材料的反射器位于目标预定运动区域的另一侧；所述补光组件阵列均匀分布在探测相机光学入口处，其发出的光覆盖目标预定运动区域，且经逆向反光材料的反射器反射后作为目标探测的背景光。

进一步地，所述逆向反光材料的反射器采用玻璃微珠反射膜作为反射面。

进一步地，所述逆向反光材料的反射器垂直设置于补光组件阵列中心所在的光轴上。

进一步地，所述补光组件阵列的发光视场与探测相机视场相同，每个补光组件的中心轴均与探测相机光轴平行。

进一步地，所述补光组件阵列在探测相机光学入口处呈圆周环绕分布。

进一步地，所述补光组件阵列的补光组件数量设置满足探测到的平均背景灰度值在8位量化时达到240以上。

上述基于逆向反射背景的主动照明的高速目标探测装置的应用方法，包括：

开启探测相机和补光组件阵列，以补光组件阵列经逆向反光材料的反射器反射后的光作为目标探测的背景光；

当高速目标经过探测视场时，目标的边缘处的反射系数远远低于玻璃微珠反射膜的反射系数，使得探测相机获得的图像中目标图像灰度值远低于背景，相应的“暗斑”部位表征了运动目标的位置，从而识别出运动目标轨迹。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明巧妙利用了微晶玻璃材料反射光与入射光重合的特性，将主动补光集成在探测端，满足了特殊环境下的背景“点亮”，实现高速目标的准确成像，且系统结构紧凑。

本发明的亮光背景容易搭建，拍摄与补光一体化设计，降低了对补光能量的需求，且对光源无特殊要求，可应用于多个高速运动目标轨迹的拍摄。

本发明还具有易于实现、使用方便、通用性强的优点。

附图说明