本發(fā)明屬于圖像的機(jī)械消旋技術(shù)，具體涉及一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

機(jī)載紅外光電探測(cè)系統(tǒng)是飛機(jī)武器火控系統(tǒng)的重要組成部分，機(jī)載光電探測(cè)系統(tǒng)采用紅外被動(dòng)探測(cè)跟蹤，對(duì)空中、地面和水面目標(biāo)實(shí)現(xiàn)全天候探測(cè)、跟蹤與瞄準(zhǔn)，具有無(wú)線電靜默、抗電磁干擾能力強(qiáng)、目標(biāo)分辨率高等特點(diǎn)。在機(jī)載紅外光電探測(cè)系統(tǒng)中一般采用陀螺平臺(tái)來(lái)隔離載機(jī)的振動(dòng)，并利用平臺(tái)的進(jìn)動(dòng)特性完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤。在系統(tǒng)的穩(wěn)定和跟蹤過(guò)程中，由于平臺(tái)框架的轉(zhuǎn)動(dòng)引起光學(xué)系統(tǒng)和成像單元相對(duì)于載機(jī)的運(yùn)動(dòng)，最終造成目標(biāo)畫面的旋轉(zhuǎn)，影響飛行員的觀察和操作，甚至造成誤判。

為了消除系統(tǒng)跟蹤過(guò)程中的目標(biāo)圖像旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，要對(duì)成像單元所獲取的目標(biāo)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)反旋轉(zhuǎn)變換。現(xiàn)有的消旋系統(tǒng)中有電子消旋和光學(xué)消旋。電子消旋是把從攝像頭實(shí)時(shí)采集來(lái)的每一幀信號(hào)按要求的消旋角旋轉(zhuǎn)處理后再送往圖像跟蹤器，這種處理方法增加了圖像處理時(shí)間，降低了目標(biāo)跟蹤的實(shí)時(shí)性。光學(xué)消旋是在系統(tǒng)光路中，成像單元前，沿成像單元光軸方向加裝一個(gè)消旋棱鏡，依靠消旋棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖像的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而消除目標(biāo)圖像的旋轉(zhuǎn)，這種處理方法中道威棱鏡由于受光學(xué)材料的限制只能用于可見(jiàn)光到近紅外波段，而K鏡消旋則存在系統(tǒng)光路加長(zhǎng)、體積增大、在較小的瞬時(shí)視場(chǎng)下光路成像困難的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)載紅外光電探測(cè)系統(tǒng)在相對(duì)于載機(jī)姿態(tài)變化而引起圖像旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)成像單元獲取的目標(biāo)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)反旋轉(zhuǎn)變換，恢復(fù)圖像的穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)。

技術(shù)方案

一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)，其特征在于包括外框架1、內(nèi)框架2、力矩電機(jī)3、擺鏡單元4、第一軸承5、第二軸承14、旋變單元7、限位單元8、成像單元10和匯聚單元11；

軸承組件的連接與配合：第一軸承5置于第一軸承外座15的通孔內(nèi)，第一軸承內(nèi)座6置于第一軸承5的通孔內(nèi)；第二軸承14置于第二軸承外座12的通孔內(nèi)，第二軸承內(nèi)座13置于第二軸承14的通孔內(nèi)；

以內(nèi)框架2為主體的軸系的連接與配合：內(nèi)框架2設(shè)置在第一軸承內(nèi)座6和第二軸承內(nèi)座13形成的軸上，且相互固連；旋變單元7和限位單元8設(shè)置在第一軸承內(nèi)座6的一側(cè)；力矩電機(jī)3設(shè)置在第二軸承內(nèi)座13的一側(cè)；力矩電機(jī)3與第二軸承內(nèi)座13連接，力矩電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；

以外框架1為主體的連接與配合：旋變支架9與第二軸承外座12和第一軸承外座15固連在外框架1上，且第一軸承外座15和第二軸承外座12分別位于外框架1兩端的通孔內(nèi)；

旋變單元7的內(nèi)圈與內(nèi)框架2固定連接，外圈與旋變支架9與固定連接，旋變支架9與外框架1固定連接；

擺鏡單元4、成像單元10和匯聚單元11組成的光學(xué)系統(tǒng)固定設(shè)置在內(nèi)框架2內(nèi)；

所述擺鏡單元4、成像單元10和匯聚單元11的光學(xué)系統(tǒng)為：匯聚單元11的光軸設(shè)置在擺鏡單元4的反射光軸上，匯聚單元11之后的成像單元10與擺鏡單元4同光軸設(shè)置。

所述第一軸承外座15和第二軸承外座12上設(shè)有軸承外壓圈。

所述第一軸承內(nèi)壓圈16和第二軸承內(nèi)壓圈17上設(shè)有軸承內(nèi)壓圈。

所述第一軸承5和第二軸承14為薄壁球軸承；軸承的配置方式為力矩電機(jī)3一端的第二軸承14雙向固定，旋變單元7一端的第一軸承5只固定內(nèi)圈，外圈在第一軸承外座15孔內(nèi)可以軸向游動(dòng)。

所述擺鏡單元4的擺鏡的零位設(shè)置為45°。

所述匯聚單元11的匯聚鏡組包括同軸度不大于￠0.02mm的第三透鏡22和第二透鏡21、固定反射鏡19、光闌23和第一透鏡20；固定反射鏡19通過(guò)第一透鏡20接收擺鏡單元4的反射光，光闌23、第二透鏡21和第三透鏡22依次設(shè)在固定反射鏡19與成像單元10的光軸。

所述第三透鏡22的第一個(gè)面的半徑為-116mm，第二個(gè)面的半徑為-71mm，中心厚度為5mm。

所述第二透鏡21第一個(gè)面的半徑為17mm，第二個(gè)面的半徑為105mm，中心厚度為6.7mm。

所述第一透鏡20與入射光的同軸度不大于￠0.03mm，第一透鏡20的第一個(gè)面的半徑為43mm，第二個(gè)面的半徑為445mm，中心厚度為7mm。

有益效果

本發(fā)明提出的一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)，由以內(nèi)框架為主體的軸系和與以外框架為主體的部分，通過(guò)旋變單元的感應(yīng)信號(hào)對(duì)力矩電機(jī)進(jìn)行控制，將力矩電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成軸系的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)設(shè)置在內(nèi)框架內(nèi)的擺鏡單元、成像單元和匯聚單元按一定的角度旋轉(zhuǎn)，達(dá)到目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋。該技術(shù)方案是力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)成像單元繞光學(xué)系統(tǒng)軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)性能較好。

本發(fā)明一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)通過(guò)各單元之間的匹配參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)消除對(duì)目標(biāo)圖像的旋轉(zhuǎn)，其軸系布置相對(duì)較簡(jiǎn)單，光學(xué)鏡片相對(duì)較少，可實(shí)時(shí)對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，從而提高目標(biāo)圖像的穩(wěn)定性，可以應(yīng)用到有消旋要求的紅外光學(xué)系統(tǒng)中。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)一較佳實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖：

圖2是圖的側(cè)視圖；

圖3是本發(fā)明一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)一較佳實(shí)施方式所采用的光學(xué)成像系統(tǒng)的示意圖；

其中，1-外框架，2-內(nèi)框架，3-力矩電機(jī)，4-擺鏡單元，5-第一軸承，6-第一軸承內(nèi)座，7-旋變單元，8-限位單元，9-旋變支架，10-成像單元，11-匯聚單元，12-第二軸承外座，13-第二軸承內(nèi)座，14-第二軸承，15-第一軸承外座，16-第一軸承內(nèi)壓圈，17-第二軸承內(nèi)壓圈，18-第二軸承外壓圈，19-固定反射鏡，20-第一透鏡，21-第二透鏡，22-第三透鏡，23-光闌。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖3是本發(fā)明一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)所采用的光學(xué)成像系統(tǒng)的示意圖。該光學(xué)系統(tǒng)沿光軸順次設(shè)置有擺鏡單元4、第一透鏡20、固定反射鏡19、光闌23、第二透鏡21、第三透鏡22和成像單元10。第一透鏡20、固定反射鏡19、第二透鏡21、第三透鏡22構(gòu)成系統(tǒng)的匯聚單元11。而上述光學(xué)器件都安裝在內(nèi)框架2上，在本發(fā)明機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)控制下，可以使得成像單元繞入射光線軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而消除目標(biāo)圖像的旋轉(zhuǎn)。

匯聚單元11中第三透鏡22的第一個(gè)面的半徑為-116mm，第二個(gè)面的半徑為-71mm，中心厚度為5mm。第二透鏡21第一個(gè)面的半徑為17mm，第二個(gè)面的半徑為15mm，中心厚度為6.7mm。第一透鏡20的第一個(gè)面的半徑為43mm，第二個(gè)面的半徑為445mm，中心厚度為7mm。三個(gè)透鏡采用定心車技術(shù)，保證第三和第二透鏡兩個(gè)面偏心小于Ф0.01mm，第一透鏡兩個(gè)面偏心小于Ф0.02mm，三個(gè)透鏡均采用單晶鍺材料。

參閱圖1～2，是本發(fā)明一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)一較佳實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，所述一種基于目標(biāo)圖像的機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)包括外框架1、內(nèi)框架2、力矩電機(jī)3、擺鏡單元4、第一軸承5、第一軸承內(nèi)座6、旋變單元7、限位單元8、旋變支架9、成像單元10、匯聚單元11、第二軸承外座12、第二軸承內(nèi)座13、第二軸承14、第一軸承外座15、第一軸承內(nèi)壓圈16、第二軸承內(nèi)壓圈17、第二軸承外壓圈18。

其中，所述第一軸承外座15和第二軸承外座12分別設(shè)置在外框架1上的兩個(gè)通孔內(nèi)，所述第一軸承5和第二軸承14分別設(shè)置在第一軸承外座15和第二軸承外座12的通孔內(nèi)，所述第一軸承內(nèi)座6和第二軸承內(nèi)座13分別設(shè)置在第一軸承5和第二軸承14的通孔內(nèi)，所述內(nèi)框架2設(shè)置在第一軸承內(nèi)座6和第二軸承內(nèi)座13形成的軸上，所述擺鏡單元4、成像單元10和光路折轉(zhuǎn)單元11設(shè)置在內(nèi)框架2上，所述旋變單元7、限位單元8和第一軸承內(nèi)壓圈16設(shè)置在第一軸承內(nèi)座6的一側(cè)，所述力矩電機(jī)3、第二軸承內(nèi)壓圈17和第二軸承外壓圈18設(shè)置在第二軸承內(nèi)座13的一側(cè)。

所述外框架1、內(nèi)框架2、第一軸承5、第一軸承內(nèi)座6、旋變單元7、限位單元8、旋變支架9、第二軸承外座12、第二軸承內(nèi)座13、第二軸承14、第一軸承外座15、第一軸承內(nèi)壓圈16、第二軸承內(nèi)壓圈17和第二軸承外壓圈18共同組成一個(gè)回轉(zhuǎn)軸系。

所述力矩電機(jī)3設(shè)置在第二軸承內(nèi)座13上，力矩電機(jī)3驅(qū)動(dòng)內(nèi)框架2帶動(dòng)擺鏡單元4、成像單元10、匯聚單元11相對(duì)于外框架1做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成消除圖像旋轉(zhuǎn)功能。

所述限位單元8與第一軸承內(nèi)座6相連接，所述內(nèi)框架2旋轉(zhuǎn)到所要求角度的極限位置時(shí)，通過(guò)限位單元8實(shí)現(xiàn)內(nèi)框架2停止運(yùn)動(dòng)。

所述旋變單元7的內(nèi)圈與內(nèi)框架2固定連接，外圈與旋變支架9與固定連接，旋變支架9與外框架1固定連接；當(dāng)內(nèi)框架2相對(duì)于外框架1做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)旋變單元7的感應(yīng)信號(hào)對(duì)力矩電機(jī)3進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)擺鏡單元4、成像單元10和匯聚單元11按一定的角度旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)機(jī)械消旋機(jī)構(gòu)接收到紅外光電探測(cè)系統(tǒng)相對(duì)于載機(jī)姿態(tài)變化角度的信號(hào)時(shí)，力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)內(nèi)框(包括擺鏡單元、匯聚單元、成像單元)繞光學(xué)系統(tǒng)軸心向相反轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度，即對(duì)成像單元獲取的目標(biāo)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)反旋轉(zhuǎn)變換，恢復(fù)圖像的穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)。