CN102692693A

CN102692693A - 一种距离选通激光夜视智能调焦装置

Info

Publication number: CN102692693A
Application number: CN2012101889396A
Authority: CN
Inventors: 曹忆南; 王新伟; 周燕
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明公开了一种距离选通激光夜视智能调焦装置，该装置是采用上位机与下位机通信的方式进行焦距控制，包括上位机智能控制系统和下位机智能控制电路，其中：上位机智能控制系统，用于通过人机交互界面对光学发射系统和接收系统的焦距进行实时显示和实时控制；下位机智能控制电路，用于响应上位机命令，实时测量并反馈光学发射系统和接收系统的焦距值，并根据上位机输入指令自动完成二者焦距的匹配调整。本发明可实时获取系统的焦距，配合上位机软件算法可对视场内目标进行空间信息反演，并实现光学发射视场和接收视场的同步控制，适用于各种激光成像设备，特别是距离选通激光夜视系统等安防监视系统，可配合软件系统获得视场中目标的尺寸及方位等信息。

Description

一种距离选通激光夜视智能调焦装置

技术领域

本发明涉及激光夜视技术领域，特别涉及一种距离选通激光夜视智能调焦装置。

背景技术

在距离选通激光夜视系统中，为了保证选通光源照明度与接收视场相匹配，从而使光源能量利用率得到最大化，需要同步控制激光器发散角与镜头焦距。此外，对于监控系统而言，为获得感兴趣目标的空间尺寸，如人的身高、车辆大小等，需要使用摄像机模型进行反演，这就需要对镜头焦距进行实时获取。因此，研制一种可实时数控变焦、同步变焦的装置具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决技术背景中所述的两个问题，本发明提出了一种基于上下位机通信的距离选通激光夜视智能调焦装置，以对焦距进行精密数控，并使光源发散角与接收视场相匹配。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种距离选通激光夜视智能调焦装置，该装置是采用上位机与下位机通信的方式进行焦距控制，包括上位机智能控制系统和下位机智能控制电路，其中：上位机智能控制系统，用于通过人机交互界面对光学发射系统和接收系统的焦距进行实时显示和实时控制；下位机智能控制电路，用于响应上位机命令，实时测量并反馈光学发射系统和接收系统的焦距值，并根据上位机输入指令自动完成二者焦距的匹配调整。

上述方案中，所述上位机智能控制系统采用软件界面的方式进行人机交互，通过输入焦距值的方式进行预设，并通过RS232将预设值传输至下位机智能控制电路。

上述方案中，所述下位机智能控制电路包括微控制器、AD转换器、电机驱动芯片、精密滑动电位器以及机械传动装置，其中微控制器作为主控芯片，通过AD转换器接收激光器与镜头上反馈电位器上的电压值，并将此电压值与设定值相比较，进行精确校准，完成焦距定位。

上述方案中，该装置在完成焦距定位的同时，根据激光器发射场和镜头接收视场的最佳匹配原则对激光器焦距进行二次调整，达到匹配的目的。

上述方案中，在完成焦距定位后，焦距值通过RS232传输至上位机智能控制系统。

上述方案中，所述精密滑动电位器与机械传动装置相连，电位器根据镜片的位置反馈电压值。

上述方案中，所述电机驱动芯片采用闭环PID法，实时对直流电机进行控制。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种距离选通激光夜视智能调焦装置，具备数控变焦和同步变焦功能，照明光源发散角可与摄像机镜头焦距进行联动匹配，达到最佳照明的目的。

2、本发明提供的这种距离选通激光夜视智能调焦装置，是基于上下位机通信的距离选通激光夜视智能调焦装置，不仅可以通过上位机对焦距进行精密数控，还可通过自适应调节方式使光源发散角与接收视场相匹配。此外，上位机接收到的镜头焦距值可以为后续目标尺寸特征提取提供必要信息。

3、本发明提供的这种距离选通激光夜视智能调焦装置，可实时获取系统的焦距，配合上位机软件算法可对视场内目标进行空间信息反演，并实现光学发射视场和接收视场的同步控制，适用于各种激光成像设备，特别是距离选通激光夜视系统等安防监视系统，可配合软件系统获得视场中目标的尺寸及方位等信息。

附图说明

图1是本发明提供的距离选通激光夜视智能调焦装置的示意图。

图2是本发明提供的距离选通激光夜视智能调焦装置中下位机智能控制电路的示意图。

图3是使用PID法对直流电机进行控制的流程图。

图4是本发明提供的距离选通激光夜视智能调焦装置的程序设计流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的工作原理如下：

如果通过与镜头联动的滑动电位器电阻值对焦距进行反馈，需要获得滑动电位器电阻值与焦距值之间的一一对应关系。即在系统工作前，首先对焦距进行标定。测量滑动电位器电阻值时，首先在滑动电位器两端加一路通过高精度参考电压芯片产生的固定5V电压信号，再对滑动电位器的电压值进行测量，这样能最大程度保证电压的准确度，也就间接保证了滑动电位器电阻值的准确度。通过标定，可获得每个焦距f关于电压值U的函数f＝k1×(U)，即得到焦距值的反演公式。接着需要对照明发散角与摄像机镜头焦距的最佳匹配公式进行标定，标定完成后，得到发散角焦距f1关于摄像机焦距f2的函数f1＝k2×(f2)。

标定完成，通过微控制器控制AD芯片，读取电压值，将其代入上述公式，即可得到焦距值，可通过串口RS232芯片传输至上位机。

通过对上位机软件设置镜头焦距值，将控制信号通过RS232传输至下位机。此时，下位机将当前镜头焦距值与采集到的焦距值相比较，若差值的绝对值在容许范围之内，则不对焦距进行改变。若差值的绝对值大于容许值，则将焦距值调整至与设定值差值小于容许值的范围之内。

对焦距的控制则采用PID(比例积分微分)法，通过脉冲宽度调制(PWM)方式对直流电机进行闭环控制。其中P为当前焦距值与设定值之差的加权系数；I为对差值作时间积分的加权系数；D为对差值作时间微分的加权系数。通过对电机的性能进行调试，得到这三个系数，计算出对电机施加电压脉冲的宽度和持续时间，控制电机转动。通过重复执行上述计算，反复对电机位置进行校准调节，达到数控变焦的目的。

摄像机焦距值调节完成后，计算出该焦距对应激光器发散角的最佳焦距匹配值，通过同样的电机控制方法将其调整至最佳位置，达到同步变焦的目的。

基于上述实现原理，本发明使用高精度滑动电位器作为焦距值的反馈器，将其与焦距控制电机通过机械结构相连，目的在于将其阻值与焦距形成一一映射关系。本发明采用上下位机通信方式控制：其中下位机为主控装置，使用微处理器作为主控芯片，通过实时读取AD转换芯片采集到的滑动变阻器上的电压值，将其通过换算转换为焦距值并进行进一步处理。对电机的控制采用PID加PWM的闭环控制方式进行。上位机部分采用MFC人机交互软件界面方式控制，通过手动设定预设焦距值，信号经RS232传输至下位机进行控制。

如图1所示，图1是本发明提供的距离选通激光夜视智能调焦装置的示意图，该装置是采用上位机与下位机通信的方式进行焦距控制，包括上位机智能控制系统和下位机智能控制电路，其中：上位机智能控制系统用于通过人机交互界面对光学发射系统和接收系统的焦距进行实时显示和实时控制；下位机智能控制电路用于响应上位机命令，实时测量并反馈光学发射系统和接收系统的焦距值，并根据上位机输入指令自动完成二者焦距的匹配调整。

其中，所述上位机智能控制系统采用软件界面的方式进行人机交互，通过输入焦距值的方式进行预设，并通过RS232将预设值传输至下位机智能控制电路。所述下位机智能控制电路包括微控制器、AD转换器、电机驱动芯片、精密滑动电位器以及机械传动装置，其中微控制器作为主控芯片，通过AD转换器接收激光器与镜头上反馈电位器上的电压值，并将此电压值与设定值相比较，进行精确校准，完成焦距定位。该装置在完成焦距定位的同时，根据激光器发射场和镜头接收视场的最佳匹配原则对激光器焦距进行二次调整，达到匹配的目的。在完成焦距定位后，焦距值通过RS232传输至上位机智能控制系统。所述精密滑动电位器与机械传动装置相连，电位器根据镜片的位置反馈电压值。所述电机驱动芯片采用闭环PID法，实时对直流电机进行控制。

图2是本发明提供的距离选通激光夜视智能调焦装置中下位机智能控制电路的示意图。其中，1为微控制器，接收由上位机从RS232传输过来的指令数据。2为10位A/D转换芯片，主要负责读取滑动电位器4和5上的电压值。滑动电位器4和5分别与激光器镜头6和摄像机镜头7相联动，当激光器镜头6和摄像机镜头7转动时，会带动滑动电位器4和5滑动，导致滑动电位器4和5的电阻值改变。在滑动电位器4和5上分别加一路基准电压，此时滑动电位器4和5电阻值的改变会引起其电压值的变化。通过微控制器1来初始化A/D转换芯片2，使A/D转换芯片2采样速率调整到最合适的程度。A/D转换芯片2读取到滑动电位器4和5的电压值后通过串行协议传输至微控制器1，微控制器1通过标定值反演出镜头的焦距，并与设定值作差运算，判断差值是否在允许的阈值范围内。若在阈值范围之内则不对焦距作出修正，若不在阈值范围之内，则通过PID算法控制电机驱动芯片3，输出PWM驱动波形驱动电机转动至合适的位置。本电路可控制各种低功率直流电机，具备一定泛用性。

图3是使用PID法对直流电机进行控制的流程图。首先获取镜头实时的焦距值，将其与设定值作差运算。将近10次所求差值存入一数组，每获得一次新的差值则将最早求出的差值舍弃。比例系数P、积分系数I、微分系数D可通过对电机的性能标定实验来获取。将最近一次的差值与P相乘，获得输出函数的比例项；将近10次的差值相加后与积分系数相乘，获得输出函数的积分项；将最近一次的差值与其上一次差值做差再与微分系数相乘，获得输出函数的微分项。根据实际情况分别赋予这三项一定的加权值后，将其相加，便可获得最终的输出系数O。以此输出系数为输入值代入PWM发生器，根据O的极性和大小调整PWM波形的极性、脉宽以及持续时间，带动电机转动。

图4是本发明提供的距离选通激光夜视智能调焦装置的程序设计流程图，其总体流程是：上位机发送指令——微控制器读取摄像机焦距——微控制器判断焦距误差——调整摄像机焦距——判断发散角焦距误差——调整发散角焦距。在本实施例中，上位机程序采用VC++平台的MFC框架编写，使用mscomm控件进行串口通信；下位机采用keil平台的C程序编写。

本发明提供的距离选通激光夜视智能调焦装置具有的特殊之处在于：通过自动控制电路和焦距位置反馈装置对激光夜视系统的发射视场和接收视场进行同步数控，同时可根据PC上位机界面对实时焦距进行手动控制及设定。自动控制电路采用微控制器与AD转换器进行焦距采样，同时控制电机驱动芯片对焦距进行调整，焦距值通过RS232传输至上位机。本发明可实时获取系统的焦距，配合上位机软件算法可对视场内目标进行空间信息反演，并实现光学发射视场和接收视场的同步控制，适用于各种激光成像设备，特别是距离选通激光夜视系统等安防监视系统，可配合软件系统获得视场中目标的尺寸及方位等信息。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种距离选通激光夜视智能调焦装置，其特征在于，该装置是采用上位机与下位机通信的方式进行焦距控制，包括：

上位机智能控制系统，用于通过人机交互界面对光学发射系统和接收系统的焦距进行实时显示和实时控制；以及

下位机智能控制电路，用于响应上位机命令，实时测量并反馈光学发射系统和接收系统的焦距值，并根据上位机输入指令自动完成二者焦距的匹配调整。

2.根据权利要求1所述的距离选通激光夜视智能调焦装置，其特征在于，所述上位机智能控制系统采用软件界面的方式进行人机交互，通过输入焦距值的方式进行预设，并通过RS232将预设值传输至下位机智能控制电路。

3.根据权利要求1所述的距离选通激光夜视智能调焦装置，其特征在于，所述下位机智能控制电路包括微控制器、AD转换器、电机驱动芯片、精密滑动电位器以及机械传动装置，其中微控制器作为主控芯片，通过AD转换器接收激光器与镜头上反馈电位器上的电压值，并将此电压值与设定值相比较，进行精确校准，完成焦距定位。

4.根据权利要求3所述的距离选通激光夜视智能调焦装置，其特征在于，该装置在完成焦距定位的同时，根据激光器发射场和镜头接收视场的最佳匹配原则对激光器焦距进行二次调整，达到匹配的目的。

5.根据权利要求3所述的距离选通激光夜视智能调焦装置，其特征在于，在完成焦距定位后，焦距值通过RS232传输至上位机智能控制系统。

6.根据权利要求3所述的距离选通激光夜视智能调焦装置，其特征在于，所述精密滑动电位器与机械传动装置相连，电位器根据镜片的位置反馈电压值。

7.根据权利要求3所述的距离选通激光夜视智能调焦装置，其特征在于，所述电机驱动芯片采用闭环PID法，实时对直流电机进行控制。