【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种孔径连续可变的电控可变光阑控制方法、存储介质及系统，尤其是一种应用于红外成像系统的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法、存储介质及系统。
技术介绍
1、在光学系统中，为获得清晰的图像，需要使光学系统实时地适应景物照度的变化，以实现景物的最佳曝光。一般来说，当物镜的焦距一定时，改变光阑的孔径大小能够影响像平面上的照度，改变光阑孔径的机构被称为调光机构。调光机构的主要作用是调节进入光学系统的进光量，使像平面获得合适的照度。
2、与可见光光电系统不同，在红外光电系统中光阑大多为固定孔挡片式设计或双l型挡片式设计。固定孔挡片式光阑通过舵机驱动带有不同光孔大小的挡片遮挡于红外探测器窗口前，双l型挡片式设计通过电磁控制l型挡片进行光阑开关与闭合。传统红外系统光阑光孔大小不能连续变化，红外光束的控制可调性较差。
3、随着红外探测器的灵敏度提供，红外光电系统的分辨能力接近红外光学系统的衍射极限，此时红外光电系统对红外杂散光更为敏感，光阑引入的杂散光便会严重影响红外图像质量。传统红外光阑选择材料多为黑色表面处理的金属或碳纤维，在实际使用过程中由于温升和反射依然会引入大量红外杂散辐射，导致红外光电系统噪声干扰增加、信噪比降低等问题，甚至严重时导致光电系统散失探测能力。
4、此外，当红外光电系统被太阳长时间直射时，红外探测器有可能被灼伤损坏。若可变光阑能获取红外光电系统物镜光照强度，便能在受到太阳直射时对红外探测器进行保护。
5、与可见光光电系统不同，在红外光电系统中光阑大多为固定孔挡片
技术实现思路
1、本专利技术拟解决红外光电系统光阑光孔大小连续电动控制的问题，目的在于提供一种孔径连续可变的电控可变光阑系统、控制方法及介质。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种孔径连续可变的电控可变光阑系统，包括可变光阑机构、驱动电机、传动齿轮、安装支架及安装支架盖板，所述可变光阑机构由定环、齿轮动环及数片光阑片组成，所述光阑片相互交叠形成光孔。
4、在光阑片两侧设置有两颗销钉，其中一颗销钉安装于定环的销孔内，另一颗则安装于齿轮动环的的滑槽内；工作时定环固定，齿轮动环转动使活动销钉沿着滑槽方向平移，光阑片以固定销钉为支点摆动，实现光孔半径随之改变。
5、所述定环与安装支架固连，齿轮动环由驱动电机通过传动齿轮驱动旋转，以实现由驱动电机驱动的光孔孔径连续变化；支撑底座将电控可变光阑系统固定于光学系统中，并能沿光轴方向前后调整移动，便于调节光阑与光学窗口的距离。
6、优选的，所述驱动电机选用具有pwm控制功能的减速直流电机。
7、优选的，所述光阑片为12-16片。
8、基于上述的孔径连续可变的电控可变光阑系统，本专利技术还提供控制方法，包括：
9、将实际应用中所需的最大光孔半径记为pn、最小光孔半径记为pm；参见图2所示，将光阑片外半径记为rn、光阑片内半径记为rm、光阑片销钉所在圆周半径记为rp、两销钉对光阑片圆心的张角记为ω、光阑片厚度记为t。
10、当活动销钉与固定销钉共圆周且光阑片与光孔同心时，可变光阑光孔半径达到最大，故光阑片内半径rm等于最大光孔半径pn，即：
11、rm＝pn
12、当活动销钉通过齿轮动环移动后再次与固定销钉共圆周时，可变光阑光孔半径达到最小，可以计算得到光阑片销钉所在圆周半径rp为：
13、
14、销钉所在圆周通常设计为光阑片外圆与内圆的中心圆周，故光阑片外半径rn为：
15、rn＝2rp-rm
16、由几何关系可以解算两销钉对光阑片圆心的张角ω为：
17、
18、光阑片片数n的选取，应保证在光孔最小时有至少两片光阑片重叠，故可以求得最小整数光阑片片数n为：
19、
20、其中，ceiling{}表示向上取整。
21、光阑片厚度t由光学系统中光阑放置位置与最接近透镜的间隔t和材料强度决定。当t≤1mm时，光阑片厚度t为：
22、
23、当t＞1mm时，光阑片厚度t根据材料强度选择厚度。通常厚度t在0.06～2mm之间，光阑片外半径越大，光阑片厚度t越大。
24、齿轮动环转动位置与光孔半径存在几何关系，定义齿轮动环转角β为齿轮动环沿圆心所旋转的角度，则光孔半径p与齿轮动环转角β的几何关系如图3所示。辅助角α可由光孔半径求解，其表达式为：
25、
26、齿轮动环转角β解得：
27、
28、其中至此获得了齿轮动环转角与光孔半径的关系，通过电动控制算法设计便可以实现光孔的控制。
29、所述驱动电机(4)选用减速直流电机，根据直流电机的机械特性以及运动特性，可得电机的数学模型为：
30、
31、其中，ud为电机电枢电压，ri为驱动电机的二极管导通时的内阻，rd为电枢电阻，ld为电枢电感，n为电机转速，td为电机所产生的力矩，tc为被控对象的摩擦力矩，δt为电机空载时的摩擦力矩，jd为电机转动惯量，jp为减速装置折算到电机转轴上的等效转动惯量，i为电机减速比，η传动机构传动效率，α(t)为电机角加速度，ke为电机电磁系数。
32、将上式进行拉普拉斯变换至频域有：
33、
34、其中，θ为电机转动角度，其与电机转速n间的关系为：
35、θ＝2π∫ndt
36、转换至频域有：
37、θ＝2πns
38、则电机数学模型变为：
39、
40、由于运动特性方程中含有非线性项需要将该方程进行线性化，线性化后的运动特性方程变为：
41、
42、其中b为系统粘性摩擦系数。
43、根据电机的数学模型可知，当给定电机的目标转角时，可以一一对应得到控制电机运动的电枢电压。由于可变光阑与电机间的连接方式为齿轮连接，且所使用电机为具有减速装置的电机，可知，当电机运动θ角度时，光阑运动且根据可变光阑的设计原理，当可变光阑的通光孔半径发生改变时，可变光阑的进光量将发生改变，因此要控制可变光阑的进光量，只需要改变可变光阑的通光孔半径，而每一个光孔半径ρ对应一个齿轮动环转角β，因此可将光阑进光量的控制转化为对光阑齿轮动环转角β的控制。而通过电机与光阑的连接方式知，当给定光阑齿轮动环转角β时，电机需要运动的角度为iηβ，于是，对光阑齿轮动环转角的控制最终转化为对电机转角的控制。
44、记当前光孔半径为ρn，期望光阑运动到的目标光孔半径为ρd，则当前的齿轮动环转角为βn，目标齿轮动环转角为βd，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，该控制方法基于电控可变光阑装置实现，所述电控可变光阑装置包括：
2.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，所述驱动电机(4)选用具有PWM控制功能的减速直流电机。
4.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，所述光阑片(3)为12-16片。
5.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，还包括支撑底座(8)，该支撑底座(8)将电控可变光阑系统固定于光学系统中，并能沿光轴方向前后调整移动，用于调节光阑与光学窗口的距离。
6.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，在步骤S1中还包括：对设计好的孔径连续可变的电控可变光阑进行伺服控制标定，以消除加工或安装误差导致的光孔孔径大小控制误差，即确定光孔孔径与电机位置的映射关系。
7.根据权利要求2所述的孔径连续可变的电控可变
8.根据权利要求1-7任一项所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述期望光孔孔径ρd设置范围从0到设计最大值。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行以实现如权利要求1-8所述的一种孔径连续可变的电控可变光阑控制方法的步骤。
10.一种孔径连续可变的电控可变光阑控制系统，其特征在于，该控制系统包括如权利要求1-8任一项所述的一种孔径连续可变的电控可变光阑控制方法中的电控可变光阑装置以及如权利要求9所述的计算机可读存储介质。
...【技术特征摘要】
1.一种孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，该控制方法基于电控可变光阑装置实现，所述电控可变光阑装置包括：
2.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，所述驱动电机(4)选用具有pwm控制功能的减速直流电机。
4.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，所述光阑片(3)为12-16片。
5.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，还包括支撑底座(8)，该支撑底座(8)将电控可变光阑系统固定于光学系统中，并能沿光轴方向前后调整移动，用于调节光阑与光学窗口的距离。
6.根据权利要求1所述的孔径连续可变的电控可变光阑控制方法，其特征在于，在步骤s1中还包括：对设计好的孔径连续可变的电控可变光...
【专利技术属性】
技术研发人员：戚毅凡，董维，刘力贞，洪闻青，王晓东，刘传明，胡志斌，王海虎，张辰，苏俊波，苏兰，
申请(专利权)人：昆明物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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