一种望远镜智能拍摄系统及智能拍摄方法

摘要

本发明公开了一种望远镜智能拍摄系统及智能拍摄方法，所述拍摄系统包括望远镜、成像装置、驱动机构及控制器，所述成像装置用于对望远镜的镜头内的目标星体进行曝光成像，所述成像装置、驱动机构均与控制器电连接，所述成像装置在控制器的控制下开启曝光或停止曝光，所述驱动机构在控制器的控制下驱动望远镜的镜头转动相应角度，所述成像装置停止曝光至下一次开启曝光时间段内所述目标星体的偏离角度与所述望远镜的镜头转动的角度一致。本发明的望远镜智能拍摄系统以间接定位曝光摄像取代传统的持续追踪曝光摄像的方式，减轻降温负担，避免了追踪角度的精细调节，防止成像出现拖线现象。

说明书

技术领域

本发明涉及图像采集领域，特别涉及一种望远镜智能拍摄系统及智能拍摄方法。

背景技术

目前现有的天文望远镜上用于摄影的图像传感器，都是独立于控制系统以外的附加拍摄设备。由于天文摄影的环境都是在夜晚，星光黯淡光线不足，需要长时间曝光才能得到星空图片。

现有技术至少存在以下缺陷：

a.图像传感器在长时间曝光工作模式下会产生热电荷，使图像产生很多随机噪点，而传统的摄影设备为了让图像传感器降温，需要配置价格高昂的冷冻装置；

b.由于地球的自转引起星体位移使拍摄的星体或星系偏离镜头，若不跟踪星体的位移，还在不断曝光拍摄会产生拖线；但由于地球的移动量相对微小，天文摄影设备本身不能对星体位移作出精确的追踪，传统的天文望远镜需要配置价格高昂、笨重的赤道仪来实现天体跟踪，但是也未必不会产生拖线。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种望远镜智能拍摄系统及智能拍摄方法，解决实时追踪提出的角度精密调节难度大的问题，避免出现图像拖线现象，减轻降温负担，所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种望远镜智能拍摄系统，包括望远镜、成像装置、驱动机构及控制器，所述成像装置用于对望远镜的镜头内的目标星体进行曝光成像，所述成像装置、驱动机构均与控制器电连接，所述成像装置在控制器的控制下开启曝光或停止曝光，所述驱动机构在控制器的控制下驱动望远镜的镜头转动相应角度，所述成像装置停止曝光至下一次开启曝光时间段内所述目标星体的偏离角度与所述望远镜的镜头转动的角度一致。

进一步地，所述系统还包括图像处理器，所述成像装置在开启曝光至停止曝光时间段内采集多帧图像并将其发送至图像处理器，所述图像处理器对所述多帧图像进行图像叠加处理，得到定点叠加图像；所述图像处理器将同一目标星体在不同坐标下的定点叠加图像进行图像叠加处理，得到目标拍摄图像；或者，

所述图像处理器将同一目标星体在不同坐标下的多帧图像进行图像叠加处理，得到目标拍摄图像。

进一步地，所述系统还包括与所述控制器连接的温度传感器，所述温度传感器用于检测成像装置的温度并将其发送至控制器，所述控制器根据温度检测结果控制成像装置停止曝光或控制驱动机构驱动望远镜的镜头转动。

进一步地，所述目标星体的偏离角度通过以下公式计算：

偏离角度值＝地球自转的速度×时间；

所述控制器还用于读取所述望远镜当前的刻度值，还用于根据地球自转速度计算一定时间后望远镜的目标调节刻度值。

进一步地，所述系统还包括与所述控制器连接的角度传感器，所述角度传感器用于检测望远镜转动的角度并将其发送至控制器，所述控制器根据角度检测结果控制所述驱动机构停止驱动动作。

另一方面，本发明提供了一种望远镜智能拍摄方法，包括：

成像装置对望远镜镜头内的目标星体进行曝光成像，采集图像后停止曝光并开始计时；

根据望远镜当前的刻度值，计算预设的时间后望远镜的目标调节刻度值；

驱动机构驱动望远镜转动至所述目标调节刻度值；

当计时结果达到所述预设的时间时，所述成像装置启动曝光并再次采集多帧图像。

进一步地，所述拍摄方法还包括：

在每个曝光角度下对目标星体采集多帧图像并对所述多帧图像进行图像叠加处理，得到定点叠加图像；对同一个目标星体的多个定点叠加图像进行图像叠加处理，得到目标拍摄图像；或者，

对同一个目标星体在各个曝光角度下采集的多帧图像进行图像叠加处理，得到目标拍摄图像。

进一步地，所述成像装置对望远镜镜头内的目标星体进行曝光成像之前还包括：

调节望远镜镜头，使所述目标星体位于镜头光轴中心；

根据地球自转速度计算目标星体偏离光轴中心的偏离时间，设置所述曝光成像时间小于等于所述偏离时间。

进一步地，所述计算预设的时间后望远镜的目标调节刻度值之前还包括；

为成像装置预设工作温度限值；

检测成像装置的实时温度，得到所述实时温度降至工作温度限值的降温时间；

设置所述预设的时间大于所述降温时间。

进一步地，所述得到目标拍摄图像之后还包括：

通过无线或有线通信方式将所述目标拍摄图像发送至移动终端。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

1)通过变频的方式，避免了拍摄的图像因为星体的微小偏移而产生拖线现象；

2)通过图像传感器间歇性的工作方式，只要加装普通的散热片就可以使图像传感器实现快速降温，减少因为连续工作产生的高温使图像传感器的热电荷增多而产生的随机噪点；

3)由于拍摄的图像中星体的绝对位置没有发生变化，因此，图像叠加时，星体/星系会越加明亮，而噪点会不断被黑色背景所覆盖，使得两者明亮反差增大，降低去噪难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的望远镜智能拍摄系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的望远镜智能拍摄方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的对望远镜进行预调节操作的方法流程图；

图4是本发明实施例提供的预设时间值的方法流程图。

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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

在本发明的一个实施例中，提供了一种望远镜智能拍摄系统，参见图1，包括望远镜、成像装置、驱动机构、角度传感器、温度传感器、图像处理器及控制器，所述成像装置、驱动机构、角度传感器、温度传感器均与控制器电连接，所述成像装置用于对望远镜的镜头内的目标星体进行曝光成像，所述成像装置在控制器的控制下开启曝光或停止曝光，所述驱动机构在控制器的控制下驱动望远镜的镜头转动相应角度，所述成像装置停止曝光至下一次开启曝光时间段内所述目标星体的偏离角度与所述望远镜的镜头转动的角度一致。

本发明提供的望远镜智能拍摄系统的工作原理为：依据所拍摄的星体或者星系偏离镜头光轴中心的时间设置图像传感器曝光时间，所拍摄星体或星体一旦出现偏移镜头光轴中心，立即关闭图像传感器。等待图像传感器的温度恢复，计算星体或星系下一个出现的坐标位置，由位移马达驱动控制系统调整镜头坐标至星体或星系下一个出现的坐标位置，等待星体或星系出现在镜头光轴中心出现便立即抓拍。不需要为成像装置配备价格昂贵的冷冻装置，而是采用普通的铝材散热片散热，定点曝光会使得成像装置升高一定温度，假如通过铝材散热器降温至最佳工作温度所需时间为T，则计算T时间后，所述目标星体将出现的位置坐标，那么，在成像装置冷却的过程中，提前将其(由望远镜带动)转动至相应的角度坐标，当计时达到T值时，一方面，成像装置已经完成冷却达到最佳工作温度(降低成像噪点几率)，另一方面，成像装置提前到位，而目标星体此刻也进入到成像装置的成像范围中，并且，在计算结果和转动调节结果无误的情况下，目标星体在成像中的绝对位置没有发生变化，使得前后两个不同位置拍摄的星体的图像可以进行图像叠加操作，这样的好处是：第一、夜晚星光黯淡，需要长时间曝光才能得到星空图片，叠加后的图像显示的星空信息更加清晰；第二、随机噪点因为每次产生的位置不一样，由于黑色的天空背景不断叠加使得随机噪点不断被黑色的背景所覆盖，噪点会越来越暗，这样星体或星系相对噪点的亮度反差越来越大，所述噪点经过图像处理很容易就被去除。

具体地，所述望远镜智能拍摄系统的工作过程如下：

调节望远镜的镜头，使目标星体位于镜头光轴中心，控制成像装置开启曝光，对所述目标星体连续拍照，直至所述目标星体偏离光轴中心，则成像装置关闭(停止曝光)。检测成像装置的温度信息，当达到最佳工作温度时，比如距离上一次抓拍时间间隔为t1，则计算经历t1+t2时间后，所述目标星体理论上所在的位置坐标(时间t2必须覆盖驱动望远镜转动至所述理论上所在的位置坐标的全过程，即在达到t1+t2之前，确保望远镜已经在驱动机构的驱动下调节至所述理论上所在的位置坐标)，上述方式为成像装置达到最佳工作温度时则计算角度坐标并开启驱动，即为“控制器根据温度检测结果控制驱动机构驱动望远镜的镜头转动”。计时达到t1+t2时，所述成像装置在新的位置坐标上开启曝光，正如上一次拍照一样，往复循环多次，得到多个位置坐标处拍摄的多张图像。除了上述方式，还有一种更简便的方式如下：根据实际散热情况得到成像装置达到最佳工作温度所需时间最大值t1，设定t3大于t1(即确保t3能够使成像装置完成降温过程，同时还需要确保t3能够覆盖驱动望远镜转动至所述理论上所在的位置坐标的全过程)，计算经历t3时间后，所述目标星体理论上所在的位置坐标，这种方式的优点在于，不用等到成像装置完成降温后转动，而是在降温过程进行时，驱动机构按照计算得到的理论上所在的位置坐标为目的地，对望远镜(带动成像装置)进行驱动，即驱动机构对望远镜的驱动不是受温度检测结果触发的。当然，所述温度传感器的作用还在于，若是检测到温度高于某一预设阈值(容易导致图像噪点几率大大增加)时，则控制成像装置提前关闭(哪怕目标星体还未偏离光轴中心)，即“控制器根据温度检测结果控制成像装置停止曝光”。

然后由图像处理器对所述图像进行叠加处理，比如在第一坐标位置处摄取了C₁张图像，叠加处理得到第一叠加图像，在第二坐标位置处摄取了C₂张图像，叠加处理后得到第二叠加图像，……，在第N坐标位置处摄取了C_n张图像，叠加处理后得到第N叠加图像，然后对所述第一叠加图像、……、第N叠加图像进行叠加处理，得到最终的目标拍摄图像；另一种方式是，对上述C₁张图像、C₂张图像、……、C_n张图像汇总后进行一次性的图像叠加处理，得到最终的目标拍摄图像。

由于地球的自转引起星体位移，使得拍摄的目标星体或星系偏离镜头，因此，所述目标星体的偏离角度通过以下公式计算：

偏离角度值＝地球自转的速度×时间；

所述控制器还用于读取所述望远镜当前的刻度值，还用于根据地球自转速度计算一定时间后望远镜的目标调节刻度值。

由于地球自转的速度包括自转的角度和自转的速率，其中自转角度包括经度和纬度两个方向的偏移，与此对应的，所述望远镜当前的刻度值一般包括两个刻度盘的刻度值，一个是水平转盘刻度，另一个是竖直平面转盘刻度，综合调节得到望远镜的刻度值。

在一个优选的实施例中，所述角度传感器检测望远镜(三维空间内)转动的角度并将其发送至控制器，当所述望远镜到达目标位置坐标时，所述控制器控制所述驱动机构停止驱动动作，所述角度传感器包括但不限于陀螺仪、倾角传感器、加速度传感器等等；在另一个可选实施例中，不设置角度传感器同样可以实现在驱动电机停止时机的控制，比如，对应于上述的两个刻度盘的望远镜，所述驱动机构包括第一电机和第二电机，所述第一电机驱动水平转盘转动，所述第二电机驱动竖直转盘转动，所述第一电机和第二电机的输出轴的转向和转动圈数是与对应的刻度盘转过的角度呈线性关系的，比如，第一电机的输出轴顺时针转动200下，可带动水平转盘顺时针转动5°(这其中的比例关系可以通过试验测试得到，在此不再赘述)，因此，根据目标调节角度，就可以计算得到电机的驱动方式(输出轴往哪个方向转，转动多少圈)。

实施例2

在本发明的另一个实施例中，提供了一种望远镜智能拍摄方法，参见图2，所述方法包括以下流程：

S1、成像装置对望远镜镜头内的目标星体进行曝光成像。

具体地，曝光成像优选为连续抓拍多张图像，但是本发明对此不作限定，每个坐标位置成像一张，足够多的坐标位置对应的单张成像叠加同样可以实现本发明的技术方案，得到亮度足够高的目标星体/星系图像。

同时需要强调的是，在曝光成像过程中，要保证所述目标星体没有偏离当前坐标，当发生偏离，则应当立即执行S2。

S2、关闭成像系统，开始计时。

具体地，所述成像系统包括但不限于CCD传感器、CMOS传感器等图像传感器，成像系统关闭的理解应该解释为成像系统停止曝光，而停止曝光即为成像系统开始冷却的起点。

S3、根据望远镜当前的刻度值，计算预设的时间后望远镜的目标调节刻度值。

具体地，计算目标调节刻度值的依据还是地球自转速度，计算方法如上所述，地球自转速度与望远镜的刻度盘刻度的关系也如上述所述，在此不再赘述。

这里需要对所述预设的时间做出以下说明：

所述预设的时间需要同时满足两个条件：条件一、能够使成像系统冷却到最佳工作温度或者低于最佳工作温度；条件二、能够使望远镜在驱动机构的驱动下从当前刻度值转动到所述目标调节刻度值。

S4、驱动机构驱动望远镜转动至所述目标调节刻度值。

具体地，采用角度传感器或者电机驱动参数策略的方式来控制驱动机构驱动望远镜达到目标调节刻度值的方法在上述实施例中已经详细说明，在此不再赘述。

S5、判断计时结果是否达到所述预设的时间，若是，则控制所述成像装置启动曝光，重复执行S1-S4，直至重复多次。

正如S3中作出的说明，在达到预设的时间时，所述望远镜已经达到(或低于)最佳工作温度，并且已经达到(或预先达到)目标调节刻度值，因此，当判定技术结果达到所述预设的时间，则表示目标星体/星系此刻已经达到与上一次成像相同的绝对位置，此时，可以开启成像装置对所述目标星体/星系进场曝光成像。

在本发明的一个实施例中，在每一次曝光成像后，对每个曝光角度下目标星体的多帧图像进行图像叠加处理，得到定点叠加图像；对同一个目标星体的多个定点叠加图像进行图像叠加处理，得到目标拍摄图像；

在本发明的另一个实施例中，在重复执行S1-S5多次后，对同一个目标星体在各个曝光角度下采集的多帧图像进行图像叠加处理，得到目标拍摄图像。这两种方式都是可实现实施方式，并通过无线或有线通信方式将所述目标拍摄图像发送至移动终端。

具体地，S1之前还包括对望远镜进行预调节操作，如图3所示，包括以下流程：

S011、调节望远镜镜头，使所述目标星体位于镜头光轴中心；

S012、根据地球自转速度计算目标星体偏离光轴中心的偏离时间；

S013、设置所述曝光成像时间小于等于所述偏离时间。

优选地，在S1之前还需要调整焦距，让成像系统清晰成像。

进一步地，S3之前还包括预设时间值，如图4所示，包括以下流程：

S031、为成像装置预设工作温度限值(相当于上述的最佳工作温度)；

S032、检测成像装置的实时温度，得到所述实时温度降至工作温度限值的降温时间；

S033、设置所述预设的时间大于所述降温时间。

S3之后还包括校对所述预设的时间值是否足够驱动所述望远镜到达目标调节刻度值，即当判定计时结果达到所述预设的时间时，所述望远镜的刻度尚未完成调节，则取消执行S5，需要重新执行S3，即重新设置预设时间值，并且应当加大设定值结果(以防止再次出现来不及角度调节的情况)。

本发明的望远镜智能拍摄系统架构简单，可在任何望远镜实体上搭建系统，其智能拍摄方法操作简便，在未熟知天文系统及望远镜调试技巧的前提下均可实现对星体/星系的有效优质拍摄。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。