CN103809287A - 基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统 - Google Patents

基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统 Download PDF

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Abstract

基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统由孔径光阑、第一子系统、视场光阑、孔径分割平板、第二子系统、第三子系统组成。第一子系统采用伽利略望远结构将入射光束压缩至孔径分割平板尺寸大小范围内。孔径分割平板在其底部电路的驱动下，对其顶部每个孔径内的反射镜进行快速选择偏转。第二子系统接收孔径分割平板上反射的光线经第二子系统反射后聚集在图像探测器1上成宽视场的像。第三子系统接收孔径分割平板上反射的光线经第三子系统反射后进入聚焦系统，最后在图像探测器2上成窄视场的像，其中，窄视场的成像范围可以从局部扩大到同宽视场一样大小。窄视场成的像与宽视场成的像同时显示在画面上，实现大范围监视，局部跟踪功能。

Description

基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统
技术领域
本发明涉及一种宽窄视场协同跟踪系统
背景技术
目前，目标跟踪已经从单个目标跟踪发展到多目标跟踪以及目标与周围环境相对位置变化的监视。单视场跟踪系统受自身性能限制，当跟踪多个目标时往往出现丢失某些目标的情况，也无法监视目标与周围环境相对位置的变化。多个镜头的拼接在一定程度上可以满足上述要求，但是多镜头的简单拼接存在协同性差、有死角的缺点。因此，一个单镜头系统且具有大范围监视的宽视场和局部跟踪的窄视场成为多目标跟踪以及目标与周围环境相对位置变化监视的首选。申请号为200910072691.5，名称为基于凝视成像方式的大视场扫描热成像系统的专利中公开了一种单个镜头，前端为大视场，后端依靠移动二维支架上的窄视场凝视系统实现跟踪扫描。申请号为200810116485.5，名称为共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统的专利中公开了一种一个镜头，大范围宽视场跟踪时，依靠前端摆扫平面镜方式实现；窄视场成像时，依靠不同光的谱段经反射镜反射后成在两个图像探测器上。最近，微反射镜阵列作为系统元件在投影和显示系统中也开始得到越来越多的应用。
发明内容
本发明的目的是解决多目标跟踪以及目标与周围环境相对位置变化的监视的问题，提供一种基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统。
本发明的基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统由孔径光阑、第一子系统、视场光阑、孔径分割平板、第二子系统、第三子系统组成。第一子系统采用伽利略望远结构将入射光束压缩至孔径分割平板尺寸大小为10～20mm范围内。孔径分割平板在其底部电路的驱动下，对其顶部每个孔径内的反射镜进行快速选择偏转。第二子系统接收孔径分割平板上反射的光线经第二子系统反射后聚集在图像探测器1上成宽视场的像。第三子系统接收孔径分割平板上反射的光线经第三子系统反射后进入聚焦系统，最后在图像探测器2上成窄视场的像。其中，图像探测器2的像元尺寸要比图像探测器1的像元尺寸小，以便窄视场成高分辨率的像。其中，窄视场的成像范围可以从局部扩大到同宽视场一样大小。窄视场成的像与宽视场成的像同时显示在画面上，实现大范围监视，局部跟踪功能。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)结构上的优化：
1、相比多镜头的简单拼接，采用单镜头设计减少了系统结构复杂程度；
2、采用孔径分割平板顶部每个孔径内的反射镜进行分光，每个孔径内的反射镜选择偏转状态由孔径分割平板底部的驱动电路控制，孔径分割平板既是整个系统的分光元件又是实现跟踪的执行元件，简化的系统结构。
(2)功能上的改进：
1、本发明中以电驱动反射镜偏转的结构相比于机械式推扫和平面镜摆扫，在跟踪监视的实时性方面更有优势。
2、本发明中宽视场的实现是依靠第二子系统内反射镜反射所有来自孔径分割平板的光线，然后聚集成像在图像探测器1上，窄视场的实现是第三子系统内反射镜反射部分来自孔径分割平板的光线，然后成像在图像探测器2上。综合了机械式推扫前端大范围宽视场成像稳定、良好的优点和反射镜反射后成在图像探测器上局部窄视场跟踪灵活、成像清晰的优点，而成为集实时、稳定、良好的大范围宽视场成像，局部清晰成像和快速、灵活跟踪为一体的宽窄视场协同跟踪系统。
3、本发明中的宽视场成像显示系统内可执行多目标运动图像跟踪程序，并将多个目标的像素坐标反馈给总体成像系统，经过数学模型的解算驱动孔径分割平板向第二子系统内反射不同的光信息，从而可实现单个目标的窄视场成像及跟踪。
附图说明
图1为本发明系统中孔径分割平板结构示意图。
图2为本发明基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统结构示意图。
具体实施方式
如图1所示孔径分割平板结构示意图，孔径分割平板尺寸为10～20mm。孔径分割平板顶部(5-1)每个分割孔径内为尺寸大小10～20微米的反射镜，这些反射镜在孔径分割孔径底部(5-2)驱动电路控制下，偏转一定角度，且偏转上亿次后仍然良好。驱动电路选择控制每个反射镜的偏转状态，每个反射镜偏转一定角度到恢复至零状态所需时间极短，约5～10微秒。如果驱动电路驱动所有反射镜向两个方向来回偏转，每次偏转时间大约是10～20微秒，那么在这两个方向将成完全一样的宽视场所有像。如果驱动电路在一个方向上驱动反射镜偏转，在另一个方向上驱动部分反射镜偏转，且偏转时间都在微秒量级，那么将在一个方向上成宽视场的像，另一个方向上成窄视场的像。而且随着图像跟踪系统反馈数据的变化，信号将驱动偏转反射镜的不同区域偏转，使宽视场中不同区域的光信息反射到窄视场成像系统内，从而实现在保持宽窄视场同时成像的情况下，能完成场景大范围监视、特定目标局部跟踪的功能。
如图2所示基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统结构示意图。该系统由孔径光阑(1)、第一子系统(2)、视场光阑(3)、孔径分割平板(5)、第二子系统(4)、第三子系统(6)组成。第一子系统(2)光束压缩采用伽利略望远结构，且该系统为定焦系统，望远结构中物镜为单双物镜(2-1)，目镜为凯涅尔目镜(2-2)。第一子系统(2)对入射光束压缩至孔径分割平板(5)尺寸大小范围内，利于孔径内的反射镜反射。孔径分割平板(5)利用孔径内的反射镜进行反射分光。反射所有光线到第二子系统(4)，根据目标跟踪需要，选择偏转孔径内反射镜的不同，反射部分光线到第三子系统(6)，且该子系统为变焦系统。第三子系统(6)根据接收到的光线，再经过第三子系统(6)系统的变焦，可以在感光元件(6-3)上得到更多物体细节的清晰的窄视场图像。

Claims (4)

1.基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统，其特征在于它由孔径光阑(1)、第一子系统(2)、视场光阑(3)、孔径分割平板(5)、第二子系统(4)、第三子系统(6)组成；第一子系统(2)采用伽利略望远结构对入射光束压缩，孔径分割平板(5)利用孔径内的反射镜进行反射分光，第二子系统(4)利用反射镜I(4-1)、正透镜I(4-3)成宽视场的像，第三子系统(6)利用反射镜II(6-1)和正透镜II(6-2)聚焦后成窄视场的像。
2.根据权利要求1所述的基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统，其特征在于所述第一子系统(2)光束压缩采用望远结构、准直光路结构和远心光路，望远结构中物镜为单双物镜(2-1)或单个物镜、镜组，其中望远结构为伽利略望远结构或开普勒望远结构；目镜为凯涅尔目镜(2-2)或单个目镜、镜组。
3.根据权利要求1所述的基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统，其特征在于所述孔径分割平板(5)顶部每个孔径内采用单个反射镜分光，底部由电路选择驱动每个孔径内的反射镜；孔径分割平板(5)是整个系统的分光元件和实现跟踪的执行元件。
4.根据权利要求1所述的基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统，其特征在于所述的宽窄视场中，窄视场的成像范围可以从局部扩大到同宽视场一样大小。
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