CN102354053A - 消除图像模糊的回扫光学系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消除图像模糊的回扫光学系统及方法，包括二维扫描反射镜、望远镜系统、回扫反射镜和后光学系统；所述望远镜系统、回扫反射镜和后光学系统的光轴与本光学系统的光轴x重合；所述二维扫描反射镜和回扫反射镜均与伺服电机连接。本发明的积极效果是：通过控制回扫反射镜绕像旋轴转动，以补偿二维扫描反射镜扫描时引起的在回扫机构处的像旋量；通过回扫反射镜绕回扫轴转动进行反向扫描，以消除图像模糊的影响。可消除由二维扫描反射镜引起的图像模糊现象，适用于航空军事领域中。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学扫描系统，尤其是涉及一种消除图像模糊的回扫光学系统及方法。
背景技术
在航天航空军事领域中对目标搜索跟踪的红外探测设备主要采用光机扫描装置进行空域搜索，并结合红外线阵探测器进行对目标搜索跟踪。红外线阵探测器在有些方面存在不足：在一个扫描周期内，线阵探测器包含特定目标的图像只在下一次扫描中出现，而在线阵探测器的帧周期内，目标位置可能会发生很大变化；线阵探测器在搜索的同时不能应用于跟踪。这些不足可以由红外面阵探测器代替。
当采用面阵探测器的工作方式，二维扫描反射镜作连续扫描方式成像时，在探测器积分时间内焦平面和景物之间会产生相对运动，由于面阵探测器的积分时间较长，如果不对像的运动进行补偿，必然会导致像的模糊，不利于人眼观察。 这种工作方式的技术关键在于消除因二维扫描反射镜作空域扫描而造成的图像模糊。
目前国内外用扫描反射镜进行光机扫描时，主要是利用光学或电子处理来校正因扫描镜扫描引起的像旋，来达到消除图像畸变的目的；或者是探测器像元跟随扫描反射镜做同步转动消除像旋。还没有专门针对红外面阵探测器作空域搜索跟踪时，提出一套方法来解决因二维扫描镜扫描带来的图像模糊现象。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种消除图像模糊的回扫光学系统及方法，用于解决由二维扫描反射镜作空域连续扫描时引起的图像模糊。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种消除图像模糊的回扫光学系统，包括二维扫描反射镜、望远镜系统、回扫反射镜和后光学系统；所述望远镜系统、回扫反射镜和后光学系统的光轴与本光学系统的光轴x重合；所述二维扫描反射镜和回扫反射镜均与伺服电机连接。
所述望远镜系统包括第一透镜和第二透镜。
本发明还提供了一种利用回扫光学系统消除图像模糊的方法，包括如下步骤：
第一步、让伺服电机控制二维扫描反射镜绕y轴进行方位扫描；
第二步、测量二维扫描反射镜的方位角量，并将方位角量传送给回扫反射镜的伺服电机的驱动控制模块，控制回扫反射镜绕像旋补偿轴转动，且转动的角速与二维扫描反射镜的方位扫描转动的角速同步，以消除二维扫描反射镜做方位扫描运动时引起的图像的旋转；
第三步、向回扫反射镜的伺服电机的驱动控制模块发送同步脉冲，控制回扫反射镜在面阵探测器积分期间内绕回扫轴进行反向扫描，且转速与二维扫描反射镜做方位扫描运动时的转速同步，以消除二维扫描反射镜连续扫描引起的图像模糊，使得在面阵探测器积分期间，红外探测器获得准静止成像。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明通过控制回扫反射镜绕像旋轴转动，以补偿二维扫描反射镜扫描时引起的在回扫机构处的像旋量；通过回扫反射镜绕回扫轴转动进行方位反向扫描，以消除图像模糊的影响。可消除由二维扫描反射镜引起的图像模糊现象，适用于航空军事领域中。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是回扫光学系统结构示意图；
图2是回扫反射镜转动方式示意图。
具体实施方式
一种消除图像模糊的回扫光学系统，如图1所示，包括：二维扫描反射镜1、第一透镜2和第二透镜3构成的望远镜系统、回扫反射镜4和后光学系统5等。其中：
所述二维扫描反射镜1的二维旋转轴分别为x轴和y轴，其中x轴为本光学系统的光轴，望远镜系统、回扫反射镜4和后光学系统5的光轴与x轴重合。
二维扫描反射镜1和回扫反射镜4均与伺服电机连接，受伺服电机控制而转动。
来自空域目标的平行光束，经二维扫描反射镜1反射至望远镜系统的第一透镜2和第二透镜3，再经回扫反射镜4反射，最后通过成像系统成像在后光学系统5的面阵探测器（即焦平面）上，后续工作由图像预处理模块完成。
一种消除图像模糊的方法，包括如下步骤：
第一步、让伺服电机控制二维扫描反射镜1绕y轴进行方位扫描；
第二步、测量二维扫描反射镜1的方位角量，并将方位角量传送给回扫反射镜4的伺服电机的驱动控制模块，控制回扫反射镜4绕像旋补偿轴（N轴，即反射镜中心法线轴）转动，且转动的角速与二维扫描反射镜1的方位扫描转动的角速同步，以消除二维扫描反射镜1做方位扫描运动时引起的图像的旋转；
第三步、向回扫反射镜4的伺服电机的驱动控制模块发送同步脉冲，控制回扫反射镜4在面阵探测器积分期间内绕回扫轴（Q轴，即方位旋转轴）进行反向扫描，且转速与二维扫描反射镜1做方位扫描运动时的转速同步，以消除二维扫描反射镜1连续扫描引起的图像模糊，使得在面阵探测器积分期间，红外探测器获得准静止成像。
如图2所示，回扫反射镜4的回扫轴Q随像旋补偿轴N的转动量而变。Q′是回扫轴的初始状态轴，在回扫反射镜4绕N轴进行像旋补偿转动后，回扫轴状态变为Q轴的位置。
本发明中引入望远镜系统，若望远镜系统的放大倍率为k，则只有当回扫反射镜4的反向扫描速度是二维扫描反射镜1方位扫描速度的k倍时，二者才视为同步。已知当二维扫描反射镜1方位扫描转动的角度为α，可经过推导计算得出回扫反射镜4需绕像旋轴转动的角度为θ（θ的推导计算过程详见2005年10月出版的《量子电子学报》第22卷，第5期，第810～813页），则回扫反射镜4像旋补偿轴转动的角速与二维扫描反射镜1方位扫描转动的角速视为同步；若引入上述放大倍率为k的望远镜系统，则回扫反射镜4绕像旋补偿轴转动的角速为二维扫描反射镜1方位扫描转动的角速的k倍，才视为二者同步。
Claims (3)
1.一种消除图像模糊的回扫光学系统，包括二维扫描反射镜、望远镜系统、回扫反射镜和后光学系统，其特征在于：所述望远镜系统、回扫反射镜和后光学系统的光轴与本光学系统的光轴x重合；所述二维扫描反射镜和回扫反射镜均与伺服电机连接。
2.根据权利要求1所述的消除图像模糊的回扫光学系统，其特征在于：所述望远镜系统包括第一透镜和第二透镜。
3.一种利用权利要求1所述的回扫光学系统消除图像模糊的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步、让伺服电机控制二维扫描反射镜绕y轴进行方位扫描；
第二步、测量二维扫描反射镜的方位角量，并将方位角量传送给回扫反射镜的伺服电机的驱动控制模块，控制回扫反射镜绕像旋补偿轴转动，且转动的角速与二维扫描反射镜的方位扫描转动的角速同步，以消除二维扫描反射镜做方位扫描运动时引起的图像的旋转；
第三步、向回扫反射镜的伺服电机的驱动控制模块发送同步脉冲，控制回扫反射镜在面阵探测器积分期间内绕回扫轴进行反向扫描，且转速与二维扫描反射镜做方位扫描运动时的转速同步，以消除二维扫描反射镜连续扫描引起的图像模糊，使得在面阵探测器积分期间，红外探测器获得准静止成像。
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