CN101608883A - 全光谱瞄准具数字化检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全光谱瞄准具数字化检测系统，其包括数字化平行光管系统以及计算机系统，数字化平行光管系统由辐射源、DMD数字微镜器件、DMD驱动电路以及准直系统构成，DMD数字微镜器件位于准直系统的焦面上，DMD数字微镜器件通过DMD驱动电路接收计算机系统输入的分划图案，辐射源发出的光谱辐射投射到DMD数字微镜器件的靶面上，由DMD数字微镜器件控制将投射到参与成像的像素点上的照明辐射反射到准直系统。本发明利用DMD数字微镜器件金属反射膜像素点的全光谱反射特性，辅之以相应的照明辐射源和准直系统，可以在红外热成像、可见光、微光夜视仪及紫外成像等全光谱的范围内灵活的生成检测所需的无穷远检测靶标。

Description

全光谱瞄准具数字化检测系统

技术领域

本发明涉及一种瞄准具检测技术，具体地说是一种全光谱瞄准具数字化检测系统。

背景技术

在武器系统中，瞄准具是确保打击精度，实现有效打击的关键环节。为确保武器系统的准确有效，在生产、装调和维护等各个环节中，均需对瞄准具及其装调校正的各种技术参数进行精确的检测。由于瞄准具大多通过指向远方的光学轴线与火力发射系统的发射轴线之间的匹配关系来实现瞄准，因此对瞄准具各类技术参数的检测方案大多以各种不同性能的平行光管为核心系统。

用于瞄准具检测的平行光管系统，通常由光源、分划板和准直光学系统构成。为了适应不同的测量要求需要用到不同的分划板图案，传统的做法是针对不同的检测需求设计和配备不同的分划板，并针对不同的测量项目换装不同的分划板。由于分划板需要经过专门的设计和特殊的加工，一套检测系统通常只能针对一些特定的检测项目，系统的灵活性与适应性差。

为了改善检测系统的灵活性与适应性，有一种做法是利用LCD器件作为分划图案生成器件，通过计算机软件根据实际使用要求生成所需的分划图案，形成的数字化检测系统极大地扩展了检测系统的适用范围和检测能力，并对新的测量需求提供了低成本快速反应的可能性。然而，现有的LCD分划技术采用的是透射式成像器件，与之配套的光学系统在红外到紫外的宽波段内有效地实现功能是十分困难的。同时，LCD器件及其所配套使用的偏振器件对紫外辐射的耐受性限制了其在紫外波段的应用。

随着军事斗争与军事科技的发展，瞄准具技术已向着更为广阔的光谱范围延伸，针对目标热辐射的红外技术和针对飞行羽烟的紫外技术均获得了长足的发展，许多武器系统同时装备有可见光、微光夜视、红外热成像、紫外成像等多种瞄准具，迫切需要针对红外热成像瞄准具和紫外成像瞄准具检测与调校技术手段的支持，尤其是迫切需要开发出能够同时对各种不同谱段瞄准具进行共轴调校的技术手段。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种全光谱瞄准具数字化检测系统，采用该系统可以在全光谱范围内对瞄准具进行检测。

按照本发明的技术方案：一种全光谱瞄准具数字化检测系统，包括数字化平行光管系统以及计算机系统，所述数字化平行光管系统包括辐射源、DMD数字微镜器件、DMD驱动电路以及准直系统，DMD数字微镜器件位于准直系统的焦面上，DMD数字微镜器件通过DMD驱动电路接收计算机系统输入的分划图案，辐射源发出的光谱辐射投射到DMD数字微镜器件的靶面上，由DMD数字微镜器件控制将投射到参与成像的像素点上的照明辐射反射到准直系统。

所述系统还包括辅助检测系统，所述辅助检测系统包括辐射源控制系统，以及各种角度测量、位移测量等外围测量装置，用于针对具体的技术指标进行系统状态调整与测量。

所述计算机系统由系统控制软件控制，所述系统控制软件包括分划图像生成模块、瞄准具测量流程控制模块及外围测量辅助系统控制模块，所述瞄准具测量流程控制模块分别管理和控制所述分划图像生成模块及外围测量辅助系统控制模块，所述分划图像生成模块通过数字分划图像输出接口与所述DMD驱动电路相连，所述外围测量辅助系统控制模块与所述辅助检测系统相连。

所述辐射源发出的光谱辐射耦合输入到积分器的入口，经均化和光束整形后在出口以均匀面光源的形式出射，照明投射系统将积分器出口按规定的入射角投影成像到DMD数字微镜器件的靶面上，利用DMD数字微镜器件将投射到参与成像的像素点上的照明辐射反射到准直系统，将投射到不参与成像的像素点上的照明辐射反射到成像光路以外，并通过吸收器吸收。

所述照明投射系统与DMD数字微镜器件之间增加一个反射镜。

所述照明投射系统与DMD数字微镜器件之间增加一组光路转折棱镜对。

所述准直系统采用离轴抛物面反射系统，所述离轴抛物面反射系统包括辅镜及主镜，DMD数字微镜器件接收辐射照明光源投射来的照明光束，并接收分划图像信号，将分划图案像素点的照明辐射反射到所述离轴抛物面反射系统的辅镜，成像辐射经副镜投射到离轴抛物面主镜后，准直为平行光束出射。

本发明的技术效果在于：通过计算机生成静态或动态分划图像，控制DMD数字微镜器件像素点的通、断实现分划图案的显示，可以灵活的生成、切换和用户定制分划靶标，使系统具有极强的检测项目适应能力和应用范围。利用DMD数字微镜器件金属反射膜像素点的全光谱反射特性，辅之以相应的照明辐射源和准直系统，可以在红外热成像、可见光、微光夜视仪及紫外成像等全光谱的范围内灵活的生成检测所需的无穷远检测靶标，所构建瞄准具检测的技术平台具有极强的辐射谱段适应能力和应用范围。采用全光谱数字平行光管系统不仅用一套系统实现了在全光谱不同谱段的检测需求，而且使得对各谱段瞄准具进行同轴检测的方法成为可能。利用计算机生成动态目标及场景图像，还可以在全光谱范围内实现景物模拟，进行全光谱范围内的系统功能模拟测试和模拟实训。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的数字化平行光管的第一种实施例；

图3为本发明的数字化平行光管的第二种种实施例；

图4为本发明的数字化平行光管的第三种实施例；

图5为本发明的离轴抛物面反射系统的结构示意图；

图6为本发明的计算机控制软件的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，本发明其包括数字化平行光管系统15以及计算机系统12。数字化平行光管系统15包括辐射源1、DMD数字微镜器件4、DMD驱动电路14以及准直系统5。辐射源1包括辐射发生源和照明系统，必要时可采用不同波段辐射源切换或全波段辐射源附加波段选择装置来保证系统在检测要求所设定的窄波段范围工作。DMD数字微镜器件4位于准直系统5的焦面上，DMD数字微镜器件4通过DMD驱动电路14接收计算机系统12输入的分划图案，辐射源1发出的光谱辐射投射到DMD数字微镜器件4的靶面上，由DMD数字微镜器件4控制将投射到参与成像的像素点上的照明辐射反射到准直系统5。

本发明还包括辅助检测系统17，辅助检测系统17包括辐射源控制系统18，以及各种角度测量、位移测量等外围测量装置16，用于针对具体的技术指标进行系统状态调整与测量。

本发明以数字化平行光管系统15为主体，利用计算机系统12生成和定义分划图案，并对检测流程进行协调和控制，同时通过对辅助检测系统17的切换及变化来实现对不同光谱、不同技术指标的检测。计算机系统12根据瞄准具测量流程的需要，输出适当的静态或动态分划图案，并通过与辅助检测系统17的通信，对辐射源1以及必要的辅助检测装置发出适当的控制指令。通过人机交互，用户可以定制分划图案，以适应新的瞄准具型号或新的技术指标的检测要求。

计算机系统12由系统控制软件11控制，系统控制软件11包括分划图像生成模块21、瞄准具测量流程控制模块20及外围测量辅助系统控制模块19，瞄准具测量流程控制模块20分别管理和控制分划图像生成模块21及外围测量辅助系统控制模块19，分划图像生成模块21通过数字分划图像输出接口13与DMD驱动电路14相连，外围测量辅助系统控制模块19与辅助检测系统17相连。

整个系统实现全光谱检测的关键措施是采用以金属反射膜微镜为成像单元的DMD数字微镜器件4作为分划图像发生器，利用金属反射膜的全光谱反射特性可以适应检测需要的全光谱范围内图像生成的要求。根据被测瞄准具对辐射谱段的具体要求，采用相应的辐射照明光源和适当的准直系统即可形成作为检测系统核心的全光谱数字化平行光管系统，从而实现在全光谱范围内，尤其是在红外热成像和紫外波段内相关技术指标测量。

根据不同的检测要求，作为检测系统核心的全光谱数字化平行光管系统15有一些不同的实施例。

第一种实施例，如图2所示，辐射源1发出的光谱辐射耦合输入到积分器2的入口，经均化和光束整形后在出口以均匀面光源的形式出射，照明投射系统3将积分器2出口按规定的入射角投影成像到DMD数字微镜器件4的靶面上，利用DMD数字微镜器件4将投射到参与成像的像素点上的照明辐射反射到准直系统5，将投射到不参与成像的像素点上的照明辐射反射到成像光路以外，并通过吸收器6吸收。DMD数字微镜器件4位于准直系统5的焦面上，因此DMD数字微镜器件4上显示的图像被准直系统5成像在无穷远处，形成瞄准器检测所需的无穷远目标。

第二种实施例，如图3所示，它与第一种实施例相似，所不同的是：在照明投射系统3与DMD数字微镜器件4之间增加一个反射镜7，使光路发生了转折，从而使得光路更加紧凑，为辐射源1的安装、调整及其切换等创造更为有利的结构空间。。

第三种实施例，如图4所示，它与第二种实施例相似，所不同的是：照明投射系统3与DMD数字微镜器件4之间增加一组光路转折棱镜对8。将光路转折反射镜7用一组光路转折棱镜对8来替代。此方案结构更加紧凑合理，但由于光路中使用了棱镜对8，由于棱镜材料光谱透过率的局限性，限制了系统在一个宽泛的光谱范围内同时工作，因此只适合在相对狭窄的固定波段使用。

在上述三种实施例中，准直系统5可以采用常用的折射系统，此时通过选用不同的光学材料，可以分别在红外、可见及紫外范围内适用。当系统要求同时对红外、可见、紫外等不同波段的瞄准具进行检测与校正时，则可以采用离轴抛物面反射系统，以形成完全由金属反射膜组成的宽光谱范围全光谱平行光管系统，其典型结构如图5所示：

准直系统5采用离轴抛物面反射系统，离轴抛物面反射系统由辅镜9及主镜10构成，DMD数字微镜器件4接收辐射照明光源投射来的照明光束，并接收分划图像信号，将分划图案像素点的照明辐射反射到离轴抛物面反射系统的辅镜9，成像辐射经副镜9投射到离轴抛物面主镜10后，准直为平行光束出射，从而将分划图像成像到无穷远处。当系统完全由反射面构成时，全光谱系统在宽光谱范围内的色差，透射材料在全光谱范围内的光谱透过率等技术障碍均得到很好的解决，使系统可以适应对各种不同谱段瞄准具同时进行同轴检测的需要。

作为分划图像的生成源和检测系统的控制中枢，计算机及其控制软件起着人机沟通、过程控制和图像生成的作用。

其中瞄准具检测系统控制软件的原理框图如图6所示。

检测系统软件开始运行并通过权限控制后分别进入三个分支：

常规检测过程首先经过静态图像选择功能选定与检测项目匹配的分划图案，经过定标及检测参数设置后进入检测流程。

特殊检测过程可以由用户定制分划图案，并进行相应的定标及检测参数设置。用户的定制信息经确定存储后成为可以随时调用的技术数据，并在选择调用后进入检测流程。

通过选择动态分划图像并设置相应的运动参数，可以进入功能模拟过程。利用动态分划模拟实际使用中的目标场景，从而进行模拟训练以及实际使用效果的模拟分析和综合检测。

检测流程通过检测过程控制模块进行管理和控制，通过该模块检测系统向辅助检测系统发出指令和相关控制参数，并接收辅助检测系统传回的检测数据和人机交互信息。

由被测系统、检测系统以及检测过程中的人机交互构成的检测过程通过辅助检测系统通讯接口与检测过程控制模块形成双向交互信息流，共同完成检测过程操作，通过测量与读数过程，进入数据处理与输出模块完成检测工作。

功能模拟过程通过动态分划图像模拟出实际使用中的目标场景，观测者利用被测系统观察模拟检测系统中的虚拟目标，并通过模拟检测系统通讯接口对被测系统运行参数进行测定与记录，模拟训练参数与观测数据记录通过数据处理与输出模块处理与输出。

Claims (8)

1、一种全光谱瞄准具数字化检测系统，包括数字化平行光管系统(15)以及计算机系统(12)，其特征是：所述数字化平行光管系统(15)包括辐射源(1)、DMD数字微镜器件(4)、DMD驱动电路(14)以及准直系统(5)，DMD数字微镜器件(4)位于准直系统(5)的焦面上，DMD数字微镜器件(4)通过DMD驱动电路(14)接收计算机系统(12)输入的分划图案，辐射源(1)发出的光谱辐射投射到DMD数字微镜器件(4)的靶面上，由DMD数字微镜器件(4)控制将投射到参与成像的像素点上的照明辐射反射到准直系统(5)。

2、按照权利要求1所述的全光谱瞄准具数字化检测系统，其特征是：所述系统还包括辅助检测系统(17)，辅助检测系统(17)包括辐射源控制系统(18)与外围测量装置(16)，用于针对具体的技术指标进行系统状态调整与测量。

3、按照权利要求2所述的全光谱瞄准具数字化检测系统，其特征是：所述外围测量装置(16)包括角度测量装置与位移测量装置。

4、按照权利要求1所述的全光谱瞄准具数字化检测系统，其特征是：所述计算机系统(12)由系统控制软件(11)控制，所述系统控制软件(11)包括分划图像生成模块(21)、瞄准具测量流程控制模块(20)及外围测量辅助系统控制模块(19)；所述瞄准具测量流程控制模块(20)分别管理和控制所述分划图像生成模块(21)及外围测量辅助系统控制模块(19)，所述分划图像生成模块(21)通过数字分划图像输出接口(13)与所述DMD驱动电路(14)相连，所述外围测量辅助系统控制模块(19)与所述辅助检测系统(17)相连。

5、按照权利要求1所述的全光谱瞄准具数字化检测系统，其特征是：所述辐射源(1)发出的光谱辐射耦合输入到积分器(2)的入口，经均化和光束整形后在出口以均匀面光源的形式出射，照明投射系统(3)将积分器(2)出口按规定的入射角投影成像到DMD数字微镜器件(4)的靶面上，利用DMD数字微镜器件(4)将投射到参与成像的像素点上的照明辐射反射到准直系统(5)，将投射到不参与成像的像素点上的照明辐射反射到成像光路以外，并通过吸收器(6)吸收。

6、按照权利要求5所述的全光谱瞄准具数字化检测系统，其特征是：所述照明投射系统(3)与DMD数字微镜器件(4)之间增加一个反射镜(7)。

7、按照权利要求5所述的全光谱瞄准具数字化检测系统，其特征是：所述照明投射系统(3)与DMD数字微镜器件(4)之间增加一组光路转折棱镜对(8)。

8、按照权利要求1所述的全光谱瞄准具数字化检测系统，其特征是：所述准直系统(5)采用离轴抛物面反射系统，所述离轴抛物面反射系统包括辅镜(9)及主镜(10)，DMD数字微镜器件(4)接收辐射照明光源投射来的照明光束，并接收分划图像信号，将分划图案像素点的照明辐射反射到所述离轴抛物面反射系统的辅镜(9)，成像辐射经副镜(9)投射到离轴抛物面主镜(10)后，准直为平行光束出射。

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