紅外面陣掃描成像系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及紅外面陣掃描成像系統(tǒng)及其控制方法，屬于掃描機(jī)構(gòu)控制的技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在全方位紅外捜索與跟蹤警戒系統(tǒng)中，紅外熱像儀多采用線陣探測(cè)器，配合光機(jī) 掃描機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)360°的掃描成像。國(guó)外紅外捜索警戒系統(tǒng)中紅外探測(cè)器多采用線陣探測(cè) 器，具備全方位掃描成像功能，其掃描速度需要與探測(cè)器積分時(shí)間、信號(hào)讀出時(shí)間同步匹 配，若要具備跟蹤功能，則需要另外添加面陣探測(cè)器。由于面陣探測(cè)器在積分時(shí)間內(nèi)焦平面 與景物之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果不及時(shí)進(jìn)行速度補(bǔ)償，就容易造成探測(cè)器成像發(fā)生模糊 的問題，導(dǎo)致成像質(zhì)量的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了紅外面陣掃描成像系統(tǒng)及其控制 方法，解決了由于在探測(cè)器積分時(shí)間內(nèi)焦平面與景物之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致探測(cè)器輸 出圖像發(fā)生模糊的問題。
[0004] 本發(fā)明是通過如下方案予W實(shí)現(xiàn)的： 陽(yáng)0化]1.紅外面陣掃描成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括掃描機(jī)構(gòu)、面陣探測(cè)器和轉(zhuǎn) 臺(tái)，所述的掃描機(jī)構(gòu)由掃描電機(jī)、光學(xué)鏡片和驅(qū)動(dòng)模塊組成；掃描機(jī)構(gòu)和面陣探測(cè)器安裝 在轉(zhuǎn)臺(tái)上，掃描機(jī)構(gòu)設(shè)置在面陣探測(cè)器焦平面前；掃描機(jī)構(gòu)中還設(shè)有掃描控制器，該掃描控 制器分別連接面陣探測(cè)器、轉(zhuǎn)臺(tái)和驅(qū)動(dòng)模塊，其中，驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)掃描電機(jī)帶動(dòng)光學(xué)鏡片運(yùn) 動(dòng)；
[0006] 掃描控制器用于采集轉(zhuǎn)臺(tái)的位置脈沖信號(hào)，計(jì)算轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速V。，根據(jù)獲取面陣探 測(cè)器的積分時(shí)間T的大小，計(jì)算得到掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)速Vi和掃描線性區(qū)時(shí)間T1。
[0007] 進(jìn)一步的，掃描控制器與面陣探測(cè)器和轉(zhuǎn)臺(tái)之間都通過低電壓差分信號(hào)（LVD巧 傳輸模式進(jìn)行信號(hào)傳輸；掃描控制器和驅(qū)動(dòng)模塊之間采用SPI串行通訊方式傳輸信號(hào)。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)速Vi(° /ms)為：
[0009] 白 〇=ν〇ΧΤ
陽(yáng)01引其中，Θ。為轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)角度；Vc(。/ms)為轉(zhuǎn)臺(tái)的周掃速度；T(ms)為探測(cè)器積分 時(shí)間；Θ1為經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)壓縮后，掃描機(jī)構(gòu)需要逆向轉(zhuǎn)動(dòng)角度；N為光學(xué)系統(tǒng)壓縮比。
[0013] 進(jìn)一步的，所述的掃描線性區(qū)時(shí)間Τι大于面陣探測(cè)器的積分時(shí)間T。
[0014] 2.基于紅外面陣掃描成像系統(tǒng)的紅外面陣掃描控制方法，步驟如下：
[0015] 步驟1.掃描機(jī)構(gòu)上電后，掃描電機(jī)進(jìn)行找零工作，并將電機(jī)鎖定在光學(xué)零位處；
[0016] 步驟2.掃描機(jī)構(gòu)完成上電后，啟動(dòng)紅外面陣掃描成像系統(tǒng)，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)掃描 機(jī)構(gòu)進(jìn)行周掃運(yùn)動(dòng)，掃描機(jī)構(gòu)采集轉(zhuǎn)臺(tái)的位置脈沖信號(hào)，計(jì)算轉(zhuǎn)臺(tái)的速度V。，根據(jù)面陣探測(cè) 器的積分時(shí)間T的大小，計(jì)算得到掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)速VI和掃描線性區(qū)時(shí)間T1;
[0017] 步驟3.掃描機(jī)構(gòu)獲取掃描電機(jī)的位置信號(hào)并和根據(jù)該位置信號(hào)產(chǎn)生的掃描性區(qū) 時(shí)間信號(hào)T2-起傳輸給探測(cè)器作為外同步信號(hào)，探測(cè)器根據(jù)接收到的外同步信號(hào)輸出圖 像。
[0018] 進(jìn)一步的，步驟3中所述的掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式Vi(° /ms)為：
[0019]白〇=ν〇ΧΤ
陽(yáng)0巧其中，Θ。為轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)角度；vc(。/ms)為轉(zhuǎn)臺(tái)的周掃速度；T(ms)為探測(cè)器積分 時(shí)間；Θ1為經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)壓縮后，掃描機(jī)構(gòu)需要逆向轉(zhuǎn)動(dòng)角度；N為光學(xué)系統(tǒng)壓縮比。
[0023] 進(jìn)一步的，步驟3中所述的掃描電機(jī)的掃描線性區(qū)時(shí)間Τι大于面陣探測(cè)器的積分 時(shí)間Τ。
[0024] 進(jìn)一步的，步驟1在掃描電機(jī)進(jìn)行找零工作時(shí)，掃描電機(jī)的掃描機(jī)械角度范圍 為-12. 5°~+12. 5°，對(duì)應(yīng)的光學(xué)鏡片的光學(xué)角度范圍為-25°~巧5°。
[00巧]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[00%] 現(xiàn)有技術(shù)中，由于紅外面陣成像系統(tǒng)在進(jìn)行周掃時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速增加到一定程 度時(shí)，由于面陣探測(cè)器在積分時(shí)間內(nèi)焦平面與景物之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得探測(cè)器采集 到的圖像發(fā)生模糊，降低圖像質(zhì)量。本發(fā)明提出了一種紅外面陣掃描控制方法，并且還設(shè)計(jì) 了一套紅外面陣掃描成像系統(tǒng)。本發(fā)明通過采集轉(zhuǎn)臺(tái)的速度，配合面陣探測(cè)器的積分時(shí)序， 計(jì)算得到掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)速和掃描線性區(qū)時(shí)間。從而驅(qū)動(dòng)掃描電機(jī)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)掃 描電機(jī)的位置信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的掃描性區(qū)時(shí)間信號(hào)并傳輸給探測(cè)器使其輸出圖像。本發(fā)明 利用轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速和探測(cè)器積分時(shí)序?qū)呙杷俣冗M(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)在快速掃描過程中的清晰成 像。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)物結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的掃描機(jī)構(gòu)原理圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的掃描機(jī)構(gòu)控制時(shí)序圖；
[0030]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的掃描機(jī)構(gòu)控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0032] 本發(fā)明提出了一種紅外面陣掃描成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：面陣探測(cè)器、轉(zhuǎn)臺(tái)和掃描 機(jī)構(gòu)，掃描機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)模塊、掃描電機(jī)和光學(xué)鏡片組成；其中，掃描機(jī)構(gòu)和面陣探測(cè)器安裝 在轉(zhuǎn)臺(tái)上，掃描機(jī)構(gòu)設(shè)置在面陣探測(cè)器焦平面前，使外界景物光線勻速的通過焦平面。
[0033] 掃描機(jī)構(gòu)中還設(shè)置有掃描控制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集，傳輸和處理，本實(shí)施例中采用 的掃描控制器為CPLD模塊，CPLD模塊與面陣探測(cè)器和轉(zhuǎn)臺(tái)之間采用LVDS信號(hào)模式進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳輸，CPLD模塊和驅(qū)動(dòng)模塊之間通過SPI通訊方式進(jìn)行信號(hào)傳輸；驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)掃描電 機(jī)帶動(dòng)光學(xué)鏡片運(yùn)動(dòng)。
[0034] 在本實(shí)施例中的面陣探測(cè)器采用640X512中波面陣凝視型紅外探測(cè)器，面元大 小為25um，典型積分時(shí)間為3ms。
[0035] 在本實(shí)施例中的掃描電機(jī)選用有限轉(zhuǎn)角音圈電機(jī)，具有較快的響應(yīng)時(shí)間和較高的 位置精度。
[0036] 本實(shí)施例中的光學(xué)鏡片采用碳化娃基底、表面鍛金的光學(xué)鏡片，有效保證了較高 的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的面形精度W及對(duì)中波達(dá)到90%W上的反射率要求。
[0037] 在本實(shí)施例中采用的可編程大規(guī)模邏輯器件（CPLD)的型號(hào)為EPM7128STI100,作 為處理核屯、器件，具有高阻抗、電可擦除等特點(diǎn)，其中，可用口單元為2500個(gè)，管腳間最大 延遲為5ns。
[0038] 本發(fā)明還提出了一種紅外面陣掃描成像系統(tǒng)的掃