本发明涉及特殊图像采集，具体地涉及基于压电驱动的多相机分时图像获取装置及方法。
背景技术：
1、高速摄像机在科研及其他诸多领域应用非常广泛，常被用于记录物体的运动变化，例如在粒子图像测速领域，高速摄像机已经成为不可缺少的工具。现有的通用工业高速相机帧率一般小于106幅/秒(两帧图像时间间隔最短为1000纳秒)，难以实现纳秒时间间隔的图像获取。
2、而针对纳秒级时间间隔的图像获取需求，一般采用昂贵的跨帧相机进行图像获取的技术方案；问题在于：跨帧相机方法获得的单张图像的空间分辨率是感光器件单元数的一半。
3、为解决上述问题，申请号为cn201310514510.6，名称为“一种分时并行图像采集装置及其标定方法”的中国专利申请的技术方案为：采用多个图像传感器阵列，通过分光棱镜组复用镜头光线的方式提高图像采集帧率，并调控相邻帧的时间间隔；
4、上述技术方案的优点在于的确能够显著提高图像的分辨率；但缺点也非常明显：
5、由于分光棱镜组减弱了进入单个图像传感器的有效光量，从而导致成像噪声较跨帧成像高；
6、进一步地，申请号为cn202011349247.6，名称为“面向运动估计的跨帧超高速相机设计方法及运动估计方法”的中国发明的技术方案为：采用两套图像采集系统(图像传感器与光学镜头)分时成像，利用相机标定矫正传感器位置，
7、上述技术方案的优点在于显著降低了图像获取成本；但其缺陷在于：
8、由于通过不同相机获取的图像没有对齐，通过图像矫正算法间接实现低时间间隔采样，而手动将不同相机调整对齐难度极大(图像传感器像元尺寸处于微米级)，行业中，通常采用千分尺进行对齐，对齐误差最小也有20微米(约5像素)，从而限制了分时并行的图像采集质量。
技术实现思路
1、本发明针对上述问题，提供基于压电驱动的多相机分时图像获取装置及方法，其目的在于实现亚微米精度的准确位置调整，解决多相机成像的精密对齐难题；解决现有技术难以实现纳秒时间间隔的图像获取难题；降低图像获取成本；不引起较大的图像矫正失真。
2、为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
3、一种基于压电驱动的多相机分时图像获取装置，包含系统基板、六自由度压电驱动平台、压电驱动控制器、感光成像模块、时钟同步系统；其中：
4、所述六自由度压电驱动平台通过螺钉，等距固定在所述系统基板上；
5、所述感光成像模块紧固连接在固定在所述六自由度压电驱动平台的平台调整板上；
6、所述压电驱动控制器用于根据控制信号，调整所述感光成像模块的相对位姿；
7、所述时钟同步系统用于连续获取不同的感光相机之间的低时间间隔的图像。
8、优选地，所述六自由度压电驱动平台包含平台支撑外壳、平台调整板、1个y轴方向压电驱动器、2个x轴方向压电驱动器、3个z轴方向压电驱动器、复位弹簧、导向支柱、平台升降板；其中：
9、所述y轴方向压电驱动器、所述x轴方向压电驱动器、所述z轴方向压电驱动器、所述平台支撑外壳、所述平台调整板共同组成具有6个自由度的调整结构。
10、优选地，所述y轴方向压电驱动器、x轴方向压电驱动器、z轴方向压电驱动器与所述平台支撑外壳之间通过螺钉连接；螺钉与所述平台支撑外壳之间存在间隙配合。
11、优选地，所述感光成像模块包含所述感光相机、滤光片、光学镜头；
12、所述感光成像模块中的所述感光相机有多个，且为型号相同，且每个所述感光相机的曝光时长设置为相同时长。
13、优选地，所述滤光片为仅对532nm照明光源敏感的532nm滤光片。
14、优选地，所述压电驱动控制器通过信号发生器和功率放大器分别与所述y轴方向压电驱动器、所述x轴方向压电驱动器、所述z轴方向压电驱动器电信号耦接；所述压电驱动控制器对所述y轴方向压电驱动器、所述x轴方向压电驱动器、所述z轴方向压电驱动器使用正弦波直流电源进行驱动；所述压电驱动控制器与微米级精密位移相匹配。
15、优选地，所述时钟同步系统采用fpga高精度延迟的数字延时同步机，并设置不同所述感光成像模块之间的曝光触发时间差。
16、一种利用了基于压电驱动的多相机分时图像获取装置的基于压电驱动的多相机分时图像获取方法，包含以下步骤：
17、s100.对所述图像获取装置进行初始化，具体包含以下步骤：
18、s110.在每个所述感光成像模块前放置棋盘格标定板；
19、s120.控制所有所述感光相机同时感光成像，获得所述棋盘格标定板的曝光角点的位置序列和每张图像的位置偏差；
20、s200.计算相机对齐指标；
21、s300.计算相机位移梯度；
22、s400.更新相机实时位置；
23、s500.重复执行s200～s400，共计20次；然后执行s600；
24、s600.判断所述相机实时位置的趋势是否为收敛；然后根据判断结果作出如下操作：
25、如果判断结果为收敛，则执行s700；
26、如果判断结果不为收敛，则回到并再次执行s200；
27、s700.判定图像位置已经精准对齐；
28、s800.控制本图像获取装置，对目标物进行拍照，得到所需的图像；然后结束本次图像获取的流程。优选地，s200中所述相机对齐指标按下式表达：
29、(j1,j2)
30、其中：j1为所述棋盘格标定板的关键角点位置的亚像素偏差；j2为两个角点之间的距离的一致性；
31、s300中所述相机位移梯度按下式表达：
32、
33、其中：为所述相机位移梯度；l为对齐指标总和；θ为所述相机实时位置。
34、优选地，所述相机实时位置按下式表达：
35、
36、其中：k为位置偏差系数。
37、本发明与现有技术对比，具有以下优点：
38、1.由于本发明压电驱动器引入到多相机图像采集系统中，构建专用的六自由度压电驱动平台，而压电陶瓷驱动器是精密位移器件，能够实现亚微米精度的准确位置调整，从而解决了多个相机成像的精密对齐难题；
39、2.由于本发明通过构建纳秒级分时触发信号，实现连续获取不同的感光相机之间的低时间间隔的图像，从而解决了现有技术中通用工业高速相机帧率一般小于106幅/秒(两帧图像时间间隔最短为1000纳秒)，难以实现纳秒时间间隔的图像获取的难题；
40、3.由于本发明采用多套图像采集系统，即图像传感器与光学镜头，分时成像，从而显著降低了图像获取成本；
41、4.由于本发明采用矫正算法对齐图像，即经过硬机械调整对齐后，对不同相机的图像进行标定，从而对其中产生的微小误差，采用传统的标定、矫正算法做出修复；进一步来说，在硬机械对齐基础上，本发明的后续矫正算法仅需做出微小调整，不会引起较大的图像矫正失真。
1.一种基于压电驱动的多相机分时图像获取装置，其特征在于：包含系统基板(1)、六自由度压电驱动平台(2)、压电驱动控制器(3)、感光成像模块(4)、时钟同步系统(5)；其中：
2.根据权利要求1所述的基于压电驱动的多相机分时图像获取装置，其特征在于：所述六自由度压电驱动平台(2)包含平台支撑外壳(2.1)、平台调整板(2.2)、1个y轴方向压电驱动器(2.3)、2个x轴方向压电驱动器(2.4)、3个z轴方向压电驱动器(2.5)、复位弹簧(2.6)、导向支柱(2.7)、平台升降板(2.8)；其中：
3.根据权利要求2所述的基于压电驱动的多相机分时图像获取装置，其特征在于：所述y轴方向压电驱动器(2.3)、x轴方向压电驱动器(2.4)、z轴方向压电驱动器(2.5)与所述平台支撑外壳(2.1)之间通过螺钉连接；螺钉与所述平台支撑外壳(2.1)之间存在间隙配合。
4.根据权利要求3所述的基于压电驱动的多相机分时图像获取装置，其特征在于：所述感光成像模块(4)包含所述感光相机(4.1)、滤光片(4.2)、光学镜头(4.3)；
5.根据权利要求4所述的基于压电驱动的多相机分时图像获取装置，其特征在于：所述滤光片(4.2)为仅对532nm照明光源敏感的532nm滤光片。
6.根据权利要求5所述的基于压电驱动的多相机分时图像获取装置，其特征在于：所述压电驱动控制器(3)通过信号发生器和功率放大器分别与所述y轴方向压电驱动器(2.3)、所述x轴方向压电驱动器(2.4)、所述z轴方向压电驱动器(2.5)电信号耦接；所述压电驱动控制器(3)对所述y轴方向压电驱动器(2.3)、所述x轴方向压电驱动器(2.4)、所述z轴方向压电驱动器(2.5)使用正弦波直流电源进行驱动；所述压电驱动控制器(3)与微米级精密位移相匹配。
7.根据权利要求6所述的基于压电驱动的多相机分时图像获取装置，其特征在于：所述时钟同步系统(5)采用fpga高精度延迟的数字延时同步机，并设置不同所述感光成像模块(4)之间的曝光触发时间差。
8.一种利用了权利要求7所述的基于压电驱动的多相机分时图像获取装置的基于压电驱动的多相机分时图像获取方法，其特征在于：包含以下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于压电驱动的多相机分时图像获取方法，其特征在于：s200中所述相机对齐指标按下式表达：
10.根据权利要求8所述的基于压电驱动的多相机分时图像获取方法，其特征在于：所述相机实时位置按下式表达：
