一种机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，包括误差补偿模块、快反镜控制模块及探测器控制模块；其中误差补偿模块与多视场/连续变焦热像仪的信号与图像处理部件连接获取温度、图像亚像素位移量及视场/焦距信息；探测器控制模块与红外探测器组件连接驱动红外探测器进行积分采样；快反镜控制模块与机载伺服转台及二维快反镜连接，二维快反镜部署于热像仪望远光学系统与成像光学系统之间，通过二维快反镜驱动光路产生移动。本发明专利技术实现了安装于机载平台下的多视场/连续变焦热像仪对目标图像的过采样，提高了多视场/连续变焦热像仪的可分辨空间频率。续变焦热像仪的可分辨空间频率。续变焦热像仪的可分辨空间频率。

【技术实现步骤摘要】
一种机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统


[0001]本专利技术属于热像仪成像
，具体涉及一种机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统。

技术介绍

[0002]红外成像技术是当今各国大力发展的高科技之一，在民用及军用领域都有广泛的应用。红外图像的可分辨率空间频率是红外图像的重要指标之一，影响红外图像的质量和对目标的识别距离。红外热像仪的可分辨空间频率受到红外探测器探测光敏元间距及填充因子等因素的制约。受红外设备光学系统衍射极限的限制，影响红外成像分辨率的红外探测器探测光敏元间距不可能也没有必要无限缩小，所以红外图像的可分辨空间频率不能只通过增加红外探测器的探测光敏元的密度而实现提高。此外，红外探测半导体的材料及其复杂的制备和生产工艺使得焦平面探测器填充因子难以达到100％，从而影响红外图像的空间分辨率指标。这两大因素严重制约了红外图像质量。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，提供一种机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，解决由于红外探测器探测光敏元间距过大及填充因子过小导致机载多视场/连续变焦热像仪的可分辨空间频率过低的问题，提高图像品质。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案如下：
[0005]一种机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，包括误差补偿模块、快反镜控制模块及探测器控制模块；
[0006]其中误差补偿模块与多视场/连续变焦热像仪信号与图像处理部件连接，用于计算并存储修正后的快反镜控制值；
[0007]快反镜控制模块与机载伺服转台及二维快反镜连接，通过解算机载伺服转台的运动残差信息及快反镜控制值，产生模拟信号控制二维快反镜运动；二维快反镜部署于热像仪望远光学系统与成像光学系统之间，通过二维快反镜移动使目标光路在探测器靶面产生亚像素移动，二维快反镜包括但不限于电磁式、音圈式、压电式平台；
[0008]探测器控制模块通过解析二维快反镜位置反馈信息，控制红外探测器组件的积分采样过程，对目标进行过采样。
[0009]进一步的，误差补偿模块接收热像仪信号与图像处理部件发出的温度、图像亚像素移动量、视场/焦距信息，根据这些信息计算不同视场/焦距下的温度与快反镜控制值曲线，通过存储电路存储温度与快反镜控制值曲线。
[0010]进一步的，误差补偿模块修正热像仪在工程生产中产生的加工、装配误差，修正二维快反镜中位移传感器的非线性及温漂误差，同时修正由于环境温度变化导致热像仪光学件变形产生的视场/焦距值变化；经过修正后得到高精度的温度与快反镜控制值曲线，通过计算得到当前视场/焦距及温度下的快反镜控制值；包括如下步骤：
[0011]S1、标定系统包括带红外窗口高低温箱、平行光管、黑体及横竖四杆靶标；
[0012]S2、将热像仪置于温箱中，通过红外窗口、平行光管，观察黑体前靶标；
[0013]S3、调焦温箱使温箱至相应温度；
[0014]S4、操控热像仪至某视场/焦距下，进行调焦操作，直至靶标清晰；
[0015]S5、采集靶标图像，通过热像仪信号与图像处理部件采用扩展相位相关法计算不同图像帧之间的像素位移；
[0016]S6、操控二维快反镜运动，使图像像素位移量为过采样设计值，记录此时的视场/焦距值、热像仪温度值及二维快反镜控制值；
[0017]S7、重复步骤S4
‑
S6遍历热像仪所有视场/焦距；
[0018]S8、重复步骤S3
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S7遍历热像仪所有工作温度；
[0019]S9、计算不同视场/焦距下，温度与快反镜控制值曲线；
[0020]S10、将不同视场/焦距下，温度与快反镜控制值曲线保存于存储电路中；
[0021]S11、热像仪工作时，误差补偿模块获取当前视场/焦距值及温度，并调取存储电路中温度与快反镜控制值曲线，计算二维快反镜控制值。
[0022]进一步的，快反镜控制模块基于FPGA处理器，采用高精度DA转换电路，产生模拟量作为二维快反镜驱动信号以满足二维快反镜高速及高精度响应的需求；FPGA处理器管脚经过保护和隔离作为通信接口与机载伺服转台连接，获取机载伺服转台稳定后的角度残差值；机载伺服转台采用多级稳定结构，为提高热像仪在过采样过程中的稳定性，机载伺服转台将自身稳定后的角度残差值通过通信接口传递至快反镜控制模块；通信接口采用时钟线与信号线通信的方式，时钟线占用1路FPGA管脚，信号线路数与机载伺服转台端协商确定；当采用1路数据线时，数据传输速率不小于2Mb/s，若采用多路数据线则传输速率将大幅提高；残差值为16位数据，其更新速率高于100KHz，能够满足对二维快反镜驱动速度的要求；FPGA处理器根据误差补偿模块的快反镜控制值和机载伺服转台的残差值，计算二维快反镜的驱动量，进行高精度AD转换电路后，产生模拟驱动量，控制二维快反镜移动；为提高二维快反镜响应速度，对驱动量最大值限制但不进行平滑处理；
[0023]进一步的，探测器控制模块与二维快反镜位置反馈电路连接，对二维快反镜位置信号模拟量进行高精度AD采样，设定位置信号阈值，当位置信号达到阈值后，指示二维快反镜移动到位，产生驱动电平信号，驱动探测器开始积分采样；由于二维快反镜两个方向运动的时序能够提前获知，探测器控制模块只需对一个运动方向的二维快反镜位置信号进行AD采样，之后在一个扫描周期内用定时的方式产生驱动电平信号，从而减少了AD采样电路规模。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0025]1、本专利技术适用于机载多视场/连续变焦热像仪，实现热像仪的过采样控制，提高热像仪的可分辨空间频率；
[0026]2、采用控制误差补偿方法，实现了对热像仪工程生产中由于加工、装配、及环境温度变化导致的二维快反镜位置传感器非线性与热像仪光学件形变等因素造成的过采样控制误差的补偿；
[0027]3、本专利技术的二维反射镜控制速度快、精度高，使热像仪过采样过程稳定可靠。
附图说明
[0028]图1是本专利技术原理框图；
[0029]图2是本专利技术实施例中二维快反镜在热像仪中部署位置图；
[0030]图3是本专利技术实施例中探测器控制模块产生驱动电平信号图；
[0031]图4是本专利技术实施例中正常采样图像；
[0032]图5是本专利技术实施例中过采样图像。
[0033]图中：1
‑
二维快反镜。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]本专利技术实施例的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，如图1所示，包括误差补偿模块、快反镜控制模块及探测器控制模块；误差补偿模块与多视场/连续变焦热像仪信号与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，包括误差补偿模块、快反镜控制模块及探测器控制模块；其中，误差补偿模块与多视场/连续变焦热像仪信号与图像处理部件连接，用于计算并存储修正后的快反镜控制值；快反镜控制模块与机载伺服转台及二维快反镜连接，通过解算机载伺服转台的运动残差信息及快反镜控制值，产生模拟信号控制二维快反镜运动；二维快反镜部署于热像仪望远光学系统与成像光学系统之间，通过二维快反镜移动使目标光路在探测器靶面产生亚像素移动；探测器控制模块通过解析二维快反镜位置反馈信息，控制红外探测器组件的积分采样过程，对目标进行过采样。2.根据权利要求1所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，二维快反镜包括电磁式、音圈式、压电式平台。3.根据权利要求1所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，误差补偿模块接收热像仪信号与图像处理部件发出的温度、图像亚像素移动量、视场/焦距信息，根据这些信息计算不同视场/焦距下的温度与快反镜控制值曲线，通过存储电路存储温度与快反镜控制值曲线。4.根据权利要求1所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，误差补偿模块修正热像仪在工程生产中产生的加工、装配误差，修正二维快反镜中位移传感器的非线性及温漂误差，同时修正由于环境温度变化导致热像仪光学件变形产生的视场/焦距值变化；经过修正后得到高精度的温度与快反镜控制值曲线，曲线以温度为横坐标，快反镜控制值为纵坐标，通过计算得到当前视场/焦距及温度下的快反镜控制值。5.根据权利要求4所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，快反镜控制值计算步骤如下：S1、标定系统包括带红外窗口高低温箱、平行光管、黑体及横竖四杆靶标；S2、将热像仪置于温箱中，通过红外窗口、平行光管，观察黑体前靶标；S3、调焦温箱使温箱至相应温度；S4、操控热像仪至某视场/焦距下，进行调焦操作，直至靶标清晰；S5、采集靶标图像，通过热像仪信号与图像处理部件采用扩展相位相关法计算不同图像帧之间的像素位移；S6、操控二维快反镜运动，使图像像素位移量为过采样设计值，记录此时的视场/焦距值、热像仪温...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，刘兴超，郭晓东，邓小毛，周正，
申请(专利权)人：湖北久之洋红外系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：