CN105376504A - 一种基于高速摆镜的红外成像系统及红外成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于高速摆镜的红外成像系统及红外成像方法，包括：红外镜头、摆镜、凝视型红外面阵、视频处理及显示系统、电机驱动系统和控制终端；在所述摆镜的前方固定安装所述红外镜头，在所述摆镜的后方固定安装所述凝视型红外面阵；所述凝视型红外面阵的输出端与所述视频处理及显示系统的输入端连接；所述控制终端的一端与所述视频处理及显示系统连接，所述控制终端的另一端与所述电机驱动系统连接，所述电机驱动系统的输出端与所述摆镜连接，用于控制所述摆镜的扫描运动。能够远距离、快速、多目标的跟踪目标。高精度电机驱动系统可以对电机进行双闭环反馈控制，进而实现高精度、高速控制摆镜旋转，搜索检控目标。

Description

一种基于高速摆镜的红外成像系统及红外成像方法

技术领域

本发明属于红外成像技术领域，具体涉及一种基于高速摆镜的红外成像系统及红外成像方法。

背景技术

目前，大多数安防领域使用非成像式监控系统对监控区域进行监控，其中，非成像式监控方式主要包括光纤振动传感监控方式、红外对射式监控方式以及被动红外入侵监控方式等。

上述各类监控方式的特点分别为：(一)光纤振动传感监控方式：该种监控方式能够高精度、快速的监测到从其他区域闯入安防区域的人或物，并且，由于光波在光纤中传播损耗小，因此，可以长距离布防。(二)红外对射式监控方式：通过在安防区域四周布置红外发射接收装置，可以在一定的空间范围快速监测侵入对象。(三)被动红外入侵监控方式：可以在纵深上规划一定区域为防范区域，并且，由于采用被动红外，因此，对有红外体征的物体非常敏感，且电能损耗小。

然而，上述各类非成像式监控系统，由于均是通过特定的触发方式进行警示，所以，对于一些不需要监测的物体，当满足触发条件时也会产生报警信号；因此，具有监控精度有限和监控针对性弱的问题，尤其在夜晚，当产生误报警时，为安防人员带来很大的麻烦，甚至造成经济上的重大损失。因此，如何提高对安防领域的监控精度，尤其是在夜晚的监控精度，在安防领域具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于高速摆镜的红外成像系统及红外成像方法，通过成像的方式有效的避免非成像监测具有的误判问题，可以在夜晚高速、灵敏的监测入侵安防领域的人或物。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于高速摆镜的红外成像系统，包括：红外镜头、摆镜、凝视型红外面阵、视频处理及显示系统、电机驱动系统和控制终端；在所述摆镜的前方固定安装所述红外镜头，在所述摆镜的后方固定安装所述凝视型红外面阵；所述凝视型红外面阵的输出端与所述视频处理及显示系统的输入端连接；所述控制终端的一端与所述视频处理及显示系统连接，所述控制终端的另一端与所述电机驱动系统连接，所述电机驱动系统的输出端与所述摆镜连接，用于控制所述摆镜的扫描运动。

优选的，所述电机驱动系统为双闭环反馈控制系统，包括：电机、电流检测模块、转速检测模块、滞环电流控制器、三相整流电路、功率放大电路和DSP控制模块；

所述三相整流电路的输出端与所述功率放大电路的第一输入端连接，所述功率放大电路的输出端与所述电机的输入端连接；

所述转速检测模块的输入端与所述电机连接，所述转速检测模块的输出端与所述DSP控制模块的输入端连接，所述DSP控制模块的输出端连接到所述滞环电流控制器的第一输入端；

所述电流检测模块的输入端与所述电机连接，所述电流检测模块的输出端连接到所述滞环电流控制器的第二输入端；

所述滞环电流控制器的输出端反馈连接到所述功率放大电路的第二输入端。

本发明还提供一种基于高速摆镜的红外成像方法，包括以下步骤：

S1，红外镜头接收安防区域中物体所发出的红外线；

S2，控制终端按控制策略向电机驱动系统发送控制指令，进而通过电机驱动系统控制摆镜对红外镜头所接收到的红外线进行周期性扫描；

S3，凝视型红外面阵不断对所述摆镜扫描到的红外线进行成像操作，得到多个追踪目标图像；

S4，控制终端控制视频处理及显示系统，使其实时获取所述凝视型红外面阵得到的追踪目标图像，对获取到的多个追踪目标图像进行视频拼接处理，将多点追踪目标同时显示在一个屏幕上。

优选的，S2中，电机驱动系统控制摆镜对红外镜头所接收到的红外线进行周期性扫描，具体为：

S2.1，三相整流电路将整流后的电流传输给功率放大电路，功率放大电路将功率放大后传输给电机，进而驱动电机转动；在电机转动过程中，转速检测模块检测电机的当前转速信息，并将检测到的当前转速信息传输给DSP控制模块；同时，电流检测模块检测电机的当前电流信号，并将检测到的当前电流信号传输给滞环电流控制器；

S2.2，DSP控制模块对接收到的当前转速信息进行信号处理，将其转化为电流信号，并将转化后的电流信号传输给滞环电流控制器；

S2.3，所述滞环电流控制器比对来自所述DSP控制模块的转化后的电流信号以及来自所述电流检测模块的当前电流信号，得到用于控制电机稳态旋转的调控指令，并将该调控指令作用于功率放大电路，改变功率放大电路的功率放大倍数，进而调整电机的供电电源，使电机稳态旋转，由此实现对电机的双闭环反馈控制；

S2.4，通过控制电机稳态旋转，控制摆镜稳态扫描而搜索目标。

本发明提供的基于高速摆镜的红外成像系统及红外成像方法具有以下优点：

(1)与其他现有夜视成像系统相比，本发明所采用的基于高速摆镜的红外成像系统，能够远距离、快速、多目标的跟踪目标；

(2)本发明中，红外镜头、摆镜和凝视型红外面阵相互配合，可在夜晚对多目标进行实实精确跟踪，视频处理及显示系统可以对跟踪的多目标视频进行拼接，在一个显示屏上实实显示多目标跟踪图像；

(3)高精度电机驱动系统可以对电机进行双闭环反馈控制，进而实现高精度、高速控制摆镜旋转，搜索检控目标。

附图说明

图1为本发明提供的基于高速摆镜的红外成像系统的结构原理图；

图2为本发明提供的基于高速摆镜的红外成像系统的外部结构示意图；

图3为本发明提供的电机驱动系统的结构原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

本发明提供一种基于高速摆镜的红外成像系统，如图1所示，为基于高速摆镜的红外成像系统的结构原理图；包括：红外镜头、摆镜、凝视型红外面阵、视频处理及显示系统、电机驱动系统和控制终端；在所述摆镜的前方固定安装所述红外镜头，在所述摆镜的后方固定安装所述凝视型红外面阵；所述凝视型红外面阵的输出端与所述视频处理及显示系统的输入端连接；所述控制终端的一端与所述视频处理及显示系统连接，所述控制终端的另一端与所述电机驱动系统连接，所述电机驱动系统的输出端与所述摆镜连接，用于控制所述摆镜的扫描运动。

如图2所示，为基于高速摆镜的红外成像系统的外部结构示意图，其中，1为红外镜头，2为摆镜，3为凝视型红外面阵，4为电机，5为控制箱，在控制箱中放置视频处理及显示系统、电机驱动系统以及控制终端。

实际应用中，红外镜头为高精度、长焦距镜头，如焦距为300mm的长焦距红外镜头，可接收光线范围最长可达到30公里；摆镜可以为扫描频率为10kHz高速摆镜，可以高频率快速扫描红外镜头接收到的物体所发出的红外线；凝视型红外面阵可采用3um的640*480像元InSb凝视型红外面阵，可快速灵敏的对摆镜扫描图像进行成像；视频处理及显示系统通过对视频进行快速处理拼接，可以将多点追踪目标结果同时显示在一个屏幕上；控制终端可采用PC机实现，其作为系统的核心控制端，可以与视频处理及显示系统、高精度电机驱动系统实时通讯，向视频处理及显示系统或高精度电机驱动系统发送控制命令，或者，接收视频处理及显示系统以及高精度电机驱动系统所采集到的数据。

如图3所示，为电机驱动系统的结构原理图，电机驱动系统为高精度电机驱动系统，为一种双闭环反馈控制系统，包括：电机、电流检测模块、转速检测模块、滞环电流控制器、三相整流电路、功率放大电路和DSP控制模块；其中，电机可选用PMSM电机；

所述三相整流电路的输出端与所述功率放大电路的第一输入端连接，所述功率放大电路的输出端与所述电机的输入端连接；

所述转速检测模块的输入端与所述电机连接，所述转速检测模块的输出端与所述DSP控制模块的输入端连接，所述DSP控制模块的输出端连接到所述滞环电流控制器的第一输入端；

所述电流检测模块的输入端与所述电机连接，所述电流检测模块的输出端连接到所述滞环电流控制器的第二输入端；

所述滞环电流控制器的输出端反馈连接到所述功率放大电路的第二输入端。

高精度电机驱动系统通过内部的电流检测模块和转速检测模块实时监测PMSM电机的电流信息和转速信息；请将监测到的转速信息反馈给内部的DSP控制模块，由内部的DSP控制模块发送指令到滞环电流控制器，进而实现对PMSM电机进行双闭环反馈控制，达到对电机的高速、稳态旋转控制。

应用上述基于高速摆镜的红外成像系统，本发明还提供一种基于高速摆镜的红外成像方法，包括以下步骤：

S1，红外镜头接收安防区域中物体所发出的红外线；

S2，控制终端按控制策略向电机驱动系统发送控制指令，进而通过电机驱动系统控制摆镜对红外镜头所接收到的红外线进行周期性扫描；

具体的，电机驱动系统通过以下方式稳态控制摆镜扫描：

S2.1，三相整流电路将整流后的电流传输给功率放大电路，功率放大电路将功率放大后传输给电机，进而驱动电机转动；在电机转动过程中，转速检测模块检测电机的当前转速信息，并将检测到的当前转速信息传输给DSP控制模块；同时，电流检测模块检测电机的当前电流信号，并将检测到的当前电流信号传输给滞环电流控制器；

S2.2，DSP控制模块对接收到的当前转速信息进行信号处理，将其转化为电流信号，并将转化后的电流信号传输给滞环电流控制器；

S2.3，所述滞环电流控制器比对来自所述DSP控制模块的转化后的电流信号以及来自所述电流检测模块的当前电流信号，得到用于控制电机稳态旋转的调控指令，并将该调控指令作用于功率放大电路，改变功率放大电路的功率放大倍数，进而调整电机的供电电源，使电机稳态旋转，由此实现对电机的双闭环反馈控制；

S2.4，通过控制电机稳态旋转，控制摆镜稳态扫描而搜索目标。

S3，凝视型红外面阵不断对所述摆镜扫描到的红外线进行成像操作，得到多个追踪目标图像；

S4，控制终端控制视频处理及显示系统，使其实时获取所述凝视型红外面阵得到的追踪目标图像，对获取到的多个追踪目标图像进行视频拼接处理，将多点追踪目标同时显示在一个屏幕上。

下面介绍应用本发明的一种具体实施例：

红外镜头为长焦距镜头，可以将30公里范围内的目标发射的红外线接收到并传输给摆镜，高精度电机驱动系统驱动摆镜360°巡航，稳态旋转速度为1°s，摆镜本身的扫描速度为10kHz，在巡航模式下，摆镜对目标进行快速成像，可以同步追踪三个目标的运动轨迹；摆镜通过高速扫描将图像传递给凝视型红外面阵，凝视型红外面阵为3um的640*480像元InSb凝视阵列，可以捕捉非常微弱的红外光线。视频处理及显示系统接收到凝视型红外面阵的目标信号，通过视频拼接技术将追踪的多目标信号显示在屏幕上，使监测人员可以同时观察多个追踪目标。PC机通过串口对高精度电机驱动系统可采用两种控制方式：程序控制和手动控制，在没有发现目标时，可以采用程序控制方式控制巡航搜索，发现目标后程序自动报警，然后通过手动控制方式有目的的追踪侵入目标，PC机通过通讯接口对摆镜和凝视型红外面阵进行控制，手动选择对单目标或者多目标进行实时监控。

采用凝视型红外面阵以及高速摆镜转动装置，可以在夜晚高速、灵敏的监测入侵安防领域的人或物，通过成像的方式可以很好的避免非成像监测带来的误判，在技术上提高安防的精准性。

本发明提供的基于高速摆镜的红外成像系统及红外成像方法，具有以下优点：

(1)与其他现有夜视成像系统相比，本发明所采用的基于高速摆镜的红外成像系统，能够远距离、快速、多目标的跟踪目标；

(2)本发明中，红外镜头、摆镜和凝视型红外面阵相互配合，可在夜晚对多目标进行实实精确跟踪，视频处理及显示系统可以对跟踪的多目标视频进行拼接，在一个显示屏上实实显示多目标跟踪图像；

(3)高精度电机驱动系统可以对电机进行双闭环反馈控制，进而实现高精度、高速控制摆镜旋转，搜索检控目标。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于高速摆镜的红外成像系统，其特征在于，包括：红外镜头、摆镜、凝视型红外面阵、视频处理及显示系统、电机驱动系统和控制终端；在所述摆镜的前方固定安装所述红外镜头，在所述摆镜的后方固定安装所述凝视型红外面阵；所述凝视型红外面阵的输出端与所述视频处理及显示系统的输入端连接；所述控制终端的一端与所述视频处理及显示系统连接，所述控制终端的另一端与所述电机驱动系统连接，所述电机驱动系统的输出端与所述摆镜连接，用于控制所述摆镜的扫描运动。

2.根据权利要求1所述的基于高速摆镜的红外成像系统，其特征在于，所述电机驱动系统为双闭环反馈控制系统，包括：电机、电流检测模块、转速检测模块、滞环电流控制器、三相整流电路、功率放大电路和DSP控制模块；

所述三相整流电路的输出端与所述功率放大电路的第一输入端连接，所述功率放大电路的输出端与所述电机的输入端连接；

所述转速检测模块的输入端与所述电机连接，所述转速检测模块的输出端与所述DSP控制模块的输入端连接，所述DSP控制模块的输出端连接到所述滞环电流控制器的第一输入端；

所述电流检测模块的输入端与所述电机连接，所述电流检测模块的输出端连接到所述滞环电流控制器的第二输入端；

所述滞环电流控制器的输出端反馈连接到所述功率放大电路的第二输入端。

3.一种基于高速摆镜的红外成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，红外镜头接收安防区域中物体所发出的红外线；

S2，控制终端按控制策略向电机驱动系统发送控制指令，进而通过电机驱动系统控制摆镜对红外镜头所接收到的红外线进行周期性扫描；

S3，凝视型红外面阵不断对所述摆镜扫描到的红外线进行成像操作，得到多个追踪目标图像；

S4，控制终端控制视频处理及显示系统，使其实时获取所述凝视型红外面阵得到的追踪目标图像，对获取到的多个追踪目标图像进行视频拼接处理，将多点追踪目标同时显示在一个屏幕上。

4.根据权利要求3所述的基于高速摆镜的红外成像方法，其特征在于，S2中，电机驱动系统控制摆镜对红外镜头所接收到的红外线进行周期性扫描，具体为：

S2.1，三相整流电路将整流后的电流传输给功率放大电路，功率放大电路将功率放大后传输给电机，进而驱动电机转动；在电机转动过程中，转速检测模块检测电机的当前转速信息，并将检测到的当前转速信息传输给DSP控制模块；同时，电流检测模块检测电机的当前电流信号，并将检测到的当前电流信号传输给滞环电流控制器；

S2.2，DSP控制模块对接收到的当前转速信息进行信号处理，将其转化为电流信号，并将转化后的电流信号传输给滞环电流控制器；

S2.3，所述滞环电流控制器比对来自所述DSP控制模块的转化后的电流信号以及来自所述电流检测模块的当前电流信号，得到用于控制电机稳态旋转的调控指令，并将该调控指令作用于功率放大电路，改变功率放大电路的功率放大倍数，进而调整电机的供电电源，使电机稳态旋转，由此实现对电机的双闭环反馈控制；

S2.4，通过控制电机稳态旋转，控制摆镜稳态扫描而搜索目标。