基于温度补偿多视场切换标定控制方法及计算机程序产品技术

本发明专利技术涉及一种基于温度补偿多视场切换标定控制方法及计算机程序产品，属于多视场切换技术领域。本发明专利技术的方法的主要步骤为：采集多视场光学系统在多个离散温度点下不同视场清晰时的镜片位置；基于多个局部温度段多个离散温度点下不同视场清晰时的镜片位置进行混合曲线拟合；通过曲线间的线性插值技术计算出局部温度段任意温度点下不同视场清晰时的镜片位置；基于实际温度调取各个视场清晰时的镜片位置，并通过分段PID算法实现的多视场快速准确切换；通过共性曲线加装调偏置的算法大幅度降低批量产品温度补偿曲线标定时间；对于应用产品易晃动的产品，通过增加阈值算法启动或者关闭控制模块以降低功耗且始终保持视场清晰稳定。

【技术实现步骤摘要】
基于温度补偿多视场切换标定控制方法及计算机程序产品
本专利技术属于多视场切换
，具体涉及一种基于温度补偿多视场切换标定控制方法及计算机程序产品。
技术介绍
多视场切换是指通过调节光学系统中部分光学镜片的位置达到不同视场下下清晰成像的技术。在手持、车载、舰载等的红外光电成像系统中，要求进行大小视场的切换或者多视场切换以满足不同的工作需要。而在调焦的过程当中，光学镜片、机械结构等的形状会随着温度的改变而改变，在不同的温度条件下焦点位置有所不同，同时焦点位置与温度的关系在不同的温度段表现出不同的曲线特性。因此，在不同的温度下，镜片位置在同一视场下也有所不同。随着全景成像和红外探测技术的快速发展，多波段双视场高分辨率成像光学系统逐步代替单波段单视场低分辨率光学系统，成为当前军事科学技术研究的热点。光学系统朝着实时快速地探测目标、精确地追踪和测量目标发展，成为当前的主流趋势。当前，从应用的角度而言多视场切换领域的研究主要有：①PID控制双视场切换；②具有温度补偿功能的双视场变焦光学系统的；③红外三视场光学系统；④快速、高精度地在多个视场之间切换的视场切换部件等。但这些研究的重点往往集中在两类技术上：第一类是光学系统设计，包括光学参数、材料、镜片数、结构甚至具有温度补偿的光学设计等以实现最优的成像；第二类是纯粹的PID控制算法上，以实现快速的视场切换。然而很少有研究者对多视场中对镜片位置的补偿值做研究；即使有少量的研究者采用通过分段温度补偿措施，但由于能采集的温度点有限，在未被采集到的温度区间容易虚焦，同时对于如何优化分段补偿以提高标定效率的研究则更少。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种具有温度补偿的多视场切换控制方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于温度补偿的多视场切换方法，包括如下步骤：步骤一：根据光学系统的镜片数量、视场数，分别采集多个离散温度点下各个视场清晰时各个镜片的位置值：假设所述的光学系统具有M个可调镜片，N个需要切换的视场，采集P个离散温度的数据，则多个离散温度点下不同视场清晰时的镜片位置记为PP，pp由下式表示：PP＝[L1，L2，...LM]其中，Li表示第i个镜片的位置参数，fi(j，k)表示第i个镜片第j个温度点的第k个视场的位置值。步骤二：基于多个离散温度点下不同视场清晰时的镜片位置进行分段(每段不少于两个温度点)曲线拟合：若以线性拟合为例，对于一个确定的镜片i和视场k，以Tj、Tj+1两个相邻温度点为参考点，拟合出该温度段内的位置曲线如下：故一个镜片在一个确定的视场共需要拟合出P-1条曲线，对于有M个可调镜片，N个视场的光学系统共需要拟合M·N·(P-1)条曲线；若以二次函数拟合为例，对于一个确定的镜片i和视场k，以Tj、Tj+1、Tj+2三个相邻温度点为参考点，拟合出该温度段内的位置曲线如下：故一个镜片在一个确定的视场共需要拟合出P-2条曲线，对于有M个可调镜片，N个视场的光学系统共需要拟合M·N·(P-2)条曲线；进一步地，基于位置采样的分段混合曲线拟合，提出了线性拟合和多项式拟合混合使用的方法。对于温度较为敏感的温度段采用多项式拟合，对于温度不太敏感的温度段采用线性拟合，具体而言：在确定的某个视场k和镜片i，整个需要标定的温度区间(P-1个温度段)，平均每个温度段对应镜片清晰位置偏移为：对于某个具体的温度区间j，若则该段区间采用多项式拟合(推荐采用线性拟合)，若则采用线性拟合。进一步地，实时采集系统温度，将实时温度分别代入相邻的两个温度段拟合曲线得到两组目标位置值，并以采集温度值到两个相邻温度段的距离值作为比重，计算两条曲线在采集温度值处的线性插值作为最终镜片目标位置值：以线性插值为例，对于一个确定的镜片i和视场k，在Tj、Tj+1两个相邻温度点之间得到的拟合虚线为PC(t，i，j，k)，在Tj、Tj+1两个相邻温度点之间得到的拟合虚线为PC(t，i，j+1，k)，同时实时温度值t满足(Tj+1+Tj)/2≤t≤(Tj+2+Tj+1)/2，则镜片i在温度t时第k视场的清晰位置值为：步骤三：以计算出的位置值为镜片位置目标，基于分段PID算法实现任意温度下的多视场快速稳定切换：基于实时温度t和需要切换到的视场k计算出镜片i的目标位置Pg(t，i，j，k)；基于镜片目标位置Pg(t，i，j，k)和当前位置Pc(t，i，j，k)进行分段PID控制实现快速稳定切换，分段如下：其中，TH1为镜片位置允许误差范围区域限位值，TH2为PID算法控制区域限位值，TH3为P算法控制限位值。该分段控制算法与传统的PID控制算法区别在于，相应的分段依据和控制参数都是针对需要快速切换、切换过程没有振荡、在目标位置准确停住的控制算法，追求的是快和准，而并不要求达到目标之后的稳态平衡控制。对于应用产品易晃动的产品，可以通过增加阈值TH1启动或者关闭控制模块以降低功耗且始终保持视场清晰稳定；通过增加阈值TH2确定PID控制区域以提供PID控制收敛速度；通过增加阈值TH3确定P控制区域实现电机在全速运行和PID控制区间的平稳过渡。步骤四：通过对已经逐点标定好的多台产品的曲线进行主成分分析得到共性曲线：PCpca(t,i,j,k)＝PCA(PC1(t,i,j,k)，PC2(t,i,j,k)，……)；对于一台新的产品其补偿曲线只需在共性曲线上加一偏置即可：PC(t,i,j,k)＝PCpca(t,i,j,k)+Bias；其中偏置Bias是通过标定一个温度点获得，若在温度T处的清晰位置为：PC(T,i,j,k),则该产品的偏置为：Bias＝PC(T,i,j,k)-PCPCA(T,i,j,k)。一种基于温度补偿的多视场切换计算机程序产品，所述的计算机程序产品包括非瞬态可读存储介质和计算机程序，所述计算机程序被有形地存储在所述的非瞬态可读存储介质上，该计算机程序被计算机内的处理器执行实现本专利技术的基于温度补偿多视场切换标定控制方法的步骤。本专利技术的有益效果是：1)温度补偿系数通过线性拟合和多项式拟合的混合拟合的方式获得，既保证了全温(一般-40～70℃)的齐焦性，同时也可以尽可能多地降低需要标定的温度点。2)在批量生产过程中，通过利用已经标定好的产品的补偿曲线做主成分分析加装调偏置的方式，只需要标定一个温度点就可以获得全温范围内的补偿曲线，大幅度降低生产时间，极大提高生产效率。3)电机控制算法的分段依据和控制参数都是针对需要快速切换、没有振荡、在目标位置准确停住的控制算法，追求的是快和准，而并不要求达到目标之后的稳态平衡控制。所以该算法能在最快的时间完成视场切换。附图说明图1为本专利技术的一种基于温度补偿多视场切换标定控制方法的流程图。具体实施方式下面结合实施例对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温度补偿多视场切换标定控制方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤一：根据光学系统的镜片数量和视场数，分别采集多个离散温度点下各个视场清晰时各个镜片的位置值；/n步骤二：基于多个离散温度点下不同视场清晰时的镜片位置按照每段不少于两个温度点进行分段曲线拟合；/n步骤三：实时采集系统温度，将实时采集的系统温度分别代入相邻的两个温度段拟合曲线得到两组目标位置值曲线拟合采用线性拟合和多项式拟合混合使用的方法，并以采集温度值到两个相邻温度段的距离值作为比重，计算两条曲线在采集温度值处的曲线插值作为最终镜片目标位置值；/n步骤四：以计算出的位置值为镜片位置目标，基于分段PID算法实现任意温度下的多视场快速稳定切换。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于温度补偿多视场切换标定控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：根据光学系统的镜片数量和视场数，分别采集多个离散温度点下各个视场清晰时各个镜片的位置值；
步骤二：基于多个离散温度点下不同视场清晰时的镜片位置按照每段不少于两个温度点进行分段曲线拟合；
步骤三：实时采集系统温度，将实时采集的系统温度分别代入相邻的两个温度段拟合曲线得到两组目标位置值曲线拟合采用线性拟合和多项式拟合混合使用的方法，并以采集温度值到两个相邻温度段的距离值作为比重，计算两条曲线在采集温度值处的曲线插值作为最终镜片目标位置值；
步骤四：以计算出的位置值为镜片位置目标，基于分段PID算法实现任意温度下的多视场快速稳定切换。


2.根据权利要求1所述的基于温度补偿多视场切换标定控制方法，其特征在于:
所述步骤一中的多个离散温度点下各个视场清晰时各个镜片的位置值记为pp，pp由下式表示：
PP＝[L1，L2，...LM]



式中假设所述的光学系统具有M个可调镜片，N个需要切换的视场，采集P个离散温度的数据；Li表示第i个镜片的位置参数，fi(j，k)表示第i个镜片第j个温度点的第k个视场的位置值。


3.根据权利要求1所述的基于温度补偿多视场切换标定控制方法，其特征在于：
所述步骤一中的位置值采用定位器/滑动变阻器/数字编码器的方式采集，或者由其它设备直接提供位置信息。


4.根据权利要求1所述的基于温度补偿多视场切换标定控制方法，其特征在于：
所述步骤二中的分段曲线拟合包括线性拟合/二次函数曲线/多次曲线拟合/指数曲线拟合。


5.根据权利要求4所述的基于温度补偿多视场切换标定控制方法，其特征在于，所述线性拟合为：
对于一个确定的镜片i和视场k，以Tj、Tj+1两个相邻温度点为参考点，拟合出该温度段内的位置曲线为：



一个镜片在一个确定的视场共需要拟合出P-1条曲线，对于有M个可调镜片，N个视场的光学系统共需要拟合M·N·(P-1)条曲线。


6.根据权利要求4所述的基于温度补偿多视场切换标定控制方法，其特征在于，所述二次函数拟合为：
对于一个确定的镜片i和视场k，以Tj、Tj+1、Tj+2三个相邻温度点为参考点，拟合出该温度段内的位置曲线为：



一个镜片在一个确定的视场共需要拟合出P-2条曲线，对于有M个可调镜片，N个视场的光学系统共需要拟合M·N·(P-2)条曲线。


7.根据权利要求1所述的基于温度补偿多视场切换标定控制方法，其特征在于，所述步骤三采用线性拟合为：
对于一个确定的镜片i和视场k，在Tj、Tj+1两个相邻温度点之间得到的拟合虚线为PC(t，i，j，k)，在Tj、Tj+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周永康，王世锦，曾邦泽，胡健钏，赵德利，李广，杨丹，李泽民，李林涛，王琦艺，陈若童，成然，李云柯，刘海，欧阳慧明，胡荣富，王加，刘传明，王晓东，洪闻青，赵灿兵，苏兰，张润琦，葛朋，
申请(专利权)人：昆明物理研究所，中国人民解放军陆军装备部驻重庆地区军事代表局驻昆明地区第一军事代表室，
类型：发明
国别省市：云南;53