CN106526831A - 一种基于目标图像的机械消旋机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于目标图像的机械消旋机构，由以内框架为主体的轴系和与以外框架为主体的部分，通过旋变单元的感应信号对力矩电机进行控制，将力矩电机的回转运动转换成轴系的回转运动。实现设置在内框架内的摆镜单元、成像单元和汇聚单元按一定的角度旋转，达到目标图像的机械消旋。该技术方案是力矩电机直接驱动成像单元绕光学系统轴心转动，动态性能较好。本发明通过各单元之间的匹配参数设计，实现消除对目标图像的旋转，其轴系布置相对较简单，光学镜片相对较少，可实时对目标图像进行动态控制，从而提高目标图像的稳定性，可以应用到有消旋要求的红外光学系统中。

Description

一种基于目标图像的机械消旋机构

技术领域

本发明属于图像的机械消旋技术，具体涉及一种基于目标图像的机械消旋机构。

背景技术

机载红外光电探测系统是飞机武器火控系统的重要组成部分，机载光电探测系统采用红外被动探测跟踪，对空中、地面和水面目标实现全天候探测、跟踪与瞄准，具有无线电静默、抗电磁干扰能力强、目标分辨率高等特点。在机载红外光电探测系统中一般采用陀螺平台来隔离载机的振动，并利用平台的进动特性完成对目标的跟踪。在系统的稳定和跟踪过程中，由于平台框架的转动引起光学系统和成像单元相对于载机的运动，最终造成目标画面的旋转，影响飞行员的观察和操作，甚至造成误判。

为了消除系统跟踪过程中的目标图像旋转问题，要对成像单元所获取的目标图像进行实时反旋转变换。现有的消旋系统中有电子消旋和光学消旋。电子消旋是把从摄像头实时采集来的每一帧信号按要求的消旋角旋转处理后再送往图像跟踪器，这种处理方法增加了图像处理时间，降低了目标跟踪的实时性。光学消旋是在系统光路中，成像单元前，沿成像单元光轴方向加装一个消旋棱镜，依靠消旋棱镜的转动来实现目标图像的转动，从而消除目标图像的旋转，这种处理方法中道威棱镜由于受光学材料的限制只能用于可见光到近红外波段，而K镜消旋则存在系统光路加长、体积增大、在较小的瞬时视场下光路成像困难的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于目标图像的机械消旋机构，当机载红外光电探测系统在相对于载机姿态变化而引起图像旋转时，对成像单元获取的目标图像进行实时反旋转变换，恢复图像的稳定跟踪状态。

技术方案

一种基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于包括外框架1、内框架2、力矩电机3、摆镜单元4、第一轴承5、第二轴承14、旋变单元7、限位单元8、成像单元10和汇聚单元11；

轴承组件的连接与配合：第一轴承5置于第一轴承外座15的通孔内，第一轴承内座6置于第一轴承5的通孔内；第二轴承14置于第二轴承外座12的通孔内，第二轴承内座13置于第二轴承14的通孔内；

以内框架2为主体的轴系的连接与配合：内框架2设置在第一轴承内座6和第二轴承内座13形成的轴上，且相互固连；旋变单元7和限位单元8设置在第一轴承内座6的一侧；力矩电机3设置在第二轴承内座13的一侧；力矩电机3与第二轴承内座13连接，力矩电机的回转运动转换成轴系的转动运动；

以外框架1为主体的连接与配合：旋变支架9与第二轴承外座12和第一轴承外座15固连在外框架1上，且第一轴承外座15和第二轴承外座12分别位于外框架1两端的通孔内；

旋变单元7的内圈与内框架2固定连接，外圈与旋变支架9与固定连接，旋变支架9与外框架1固定连接；

摆镜单元4、成像单元10和汇聚单元11组成的光学系统固定设置在内框架2内；

所述摆镜单元4、成像单元10和汇聚单元11的光学系统为：汇聚单元11的光轴设置在摆镜单元4的反射光轴上，汇聚单元11之后的成像单元10与摆镜单元4同光轴设置。

所述第一轴承外座15和第二轴承外座12上设有轴承外压圈。

所述第一轴承内压圈16和第二轴承内压圈17上设有轴承内压圈。

所述第一轴承5和第二轴承14为薄壁球轴承；轴承的配置方式为力矩电机3一端的第二轴承14双向固定，旋变单元7一端的第一轴承5只固定内圈，外圈在第一轴承外座15孔内可以轴向游动。

所述摆镜单元4的摆镜的零位设置为45°。

所述汇聚单元11的汇聚镜组包括同轴度不大于￠0.02mm的第三透镜22和第二透镜21、固定反射镜19、光阑23和第一透镜20；固定反射镜19通过第一透镜20接收摆镜单元4的反射光，光阑23、第二透镜21和第三透镜22依次设在固定反射镜19与成像单元10的光轴。

所述第三透镜22的第一个面的半径为-116mm，第二个面的半径为-71mm，中心厚度为5mm。

所述第二透镜21第一个面的半径为17mm，第二个面的半径为105mm，中心厚度为6.7mm。

所述第一透镜20与入射光的同轴度不大于￠0.03mm，第一透镜20的第一个面的半径为43mm，第二个面的半径为445mm，中心厚度为7mm。

有益效果

本发明提出的一种基于目标图像的机械消旋机构，由以内框架为主体的轴系和与以外框架为主体的部分，通过旋变单元的感应信号对力矩电机进行控制，将力矩电机的回转运动转换成轴系的回转运动。实现设置在内框架内的摆镜单元、成像单元和汇聚单元按一定的角度旋转，达到目标图像的机械消旋。该技术方案是力矩电机直接驱动成像单元绕光学系统轴心转动，动态性能较好。

本发明一种基于目标图像的机械消旋机构通过各单元之间的匹配参数设计，实现消除对目标图像的旋转，其轴系布置相对较简单，光学镜片相对较少，可实时对目标图像进行动态控制，从而提高目标图像的稳定性，可以应用到有消旋要求的红外光学系统中。

附图说明

图1是本发明一种基于目标图像的机械消旋机构一较佳实施方式的结构示意图：

图2是图的侧视图；

图3是本发明一种基于目标图像的机械消旋机构一较佳实施方式所采用的光学成像系统的示意图；

其中，1-外框架，2-内框架，3-力矩电机，4-摆镜单元，5-第一轴承，6-第一轴承内座，7-旋变单元，8-限位单元，9-旋变支架，10-成像单元，11-汇聚单元，12-第二轴承外座，13-第二轴承内座，14-第二轴承，15-第一轴承外座，16-第一轴承内压圈，17-第二轴承内压圈，18-第二轴承外压圈，19-固定反射镜，20-第一透镜，21-第二透镜，22-第三透镜，23-光阑。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

图3是本发明一种基于目标图像的机械消旋机构所采用的光学成像系统的示意图。该光学系统沿光轴顺次设置有摆镜单元4、第一透镜20、固定反射镜19、光阑23、第二透镜21、第三透镜22和成像单元10。第一透镜20、固定反射镜19、第二透镜21、第三透镜22构成系统的汇聚单元11。而上述光学器件都安装在内框架2上，在本发明机械消旋机构控制下，可以使得成像单元绕入射光线轴线转动，从而消除目标图像的旋转。

汇聚单元11中第三透镜22的第一个面的半径为-116mm，第二个面的半径为-71mm，中心厚度为5mm。第二透镜21第一个面的半径为17mm，第二个面的半径为15mm，中心厚度为6.7mm。第一透镜20的第一个面的半径为43mm，第二个面的半径为445mm，中心厚度为7mm。三个透镜采用定心车技术，保证第三和第二透镜两个面偏心小于Ф0.01mm，第一透镜两个面偏心小于Ф0.02mm，三个透镜均采用单晶锗材料。

参阅图1～2，是本发明一种基于目标图像的机械消旋机构一较佳实施方式的结构示意图。图中，所述一种基于目标图像的机械消旋机构包括外框架1、内框架2、力矩电机3、摆镜单元4、第一轴承5、第一轴承内座6、旋变单元7、限位单元8、旋变支架9、成像单元10、汇聚单元11、第二轴承外座12、第二轴承内座13、第二轴承14、第一轴承外座15、第一轴承内压圈16、第二轴承内压圈17、第二轴承外压圈18。

其中，所述第一轴承外座15和第二轴承外座12分别设置在外框架1上的两个通孔内，所述第一轴承5和第二轴承14分别设置在第一轴承外座15和第二轴承外座12的通孔内，所述第一轴承内座6和第二轴承内座13分别设置在第一轴承5和第二轴承14的通孔内，所述内框架2设置在第一轴承内座6和第二轴承内座13形成的轴上，所述摆镜单元4、成像单元10和光路折转单元11设置在内框架2上，所述旋变单元7、限位单元8和第一轴承内压圈16设置在第一轴承内座6的一侧，所述力矩电机3、第二轴承内压圈17和第二轴承外压圈18设置在第二轴承内座13的一侧。

所述外框架1、内框架2、第一轴承5、第一轴承内座6、旋变单元7、限位单元8、旋变支架9、第二轴承外座12、第二轴承内座13、第二轴承14、第一轴承外座15、第一轴承内压圈16、第二轴承内压圈17和第二轴承外压圈18共同组成一个回转轴系。

所述力矩电机3设置在第二轴承内座13上，力矩电机3驱动内框架2带动摆镜单元4、成像单元10、汇聚单元11相对于外框架1做回转运动，完成消除图像旋转功能。

所述限位单元8与第一轴承内座6相连接，所述内框架2旋转到所要求角度的极限位置时，通过限位单元8实现内框架2停止运动。

所述旋变单元7的内圈与内框架2固定连接，外圈与旋变支架9与固定连接，旋变支架9与外框架1固定连接；当内框架2相对于外框架1做回转运动时，通过旋变单元7的感应信号对力矩电机3进行控制，实现摆镜单元4、成像单元10和汇聚单元11按一定的角度旋转。

当机械消旋机构接收到红外光电探测系统相对于载机姿态变化角度的信号时，力矩电机直接驱动内框(包括摆镜单元、汇聚单元、成像单元)绕光学系统轴心向相反转动相同的角度，即对成像单元获取的目标图像进行实时反旋转变换，恢复图像的稳定跟踪状态。

Claims (9)

1.一种基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于包括外框架(1)、内框架(2)、力矩电机(3)、摆镜单元(4)、第一轴承(5)、第二轴承(14)、旋变单元(7)、限位单元(8)、成像单元(10)和汇聚单元(11)；

轴承组件的连接与配合：第一轴承(5)置于第一轴承外座(15)的通孔内，第一轴承内座(6)置于第一轴承(5)的通孔内；第二轴承(14)置于第二轴承外座(12)的通孔内，第二轴承内座(13)置于第二轴承(14)的通孔内；

以内框架(2)为主体的轴系的连接与配合：内框架(2)设置在第一轴承内座(6)和第二轴承内座(13)形成的轴上，且相互固连；旋变单元(7)和限位单元(8)设置在第一轴承内座(6)的一侧；力矩电机(3)设置在第二轴承内座(13)的一侧；力矩电机(3)与第二轴承内座(13)连接，力矩电机的回转运动转换成轴系的转动运动；

以外框架(1)为主体的连接与配合：旋变支架(9)与第二轴承外座(12)和第一轴承外座(15)固连在外框架(1)上，且第一轴承外座(15)和第二轴承外座(12)分别位于外框架(1)两端的通孔内；

旋变单元(7)的内圈与内框架(2)固定连接，外圈与旋变支架(9)与固定连接，旋变支架(9)与外框架(1)固定连接；

摆镜单元(4)、成像单元(10)和汇聚单元(11)组成的光学系统固定设置在内框架(2)内；

所述摆镜单元(4)、成像单元(10)和汇聚单元(11)的光学系统为：汇聚单元(11)的光轴设置在摆镜单元(4)的反射光轴上，汇聚单元(11)之后的成像单元(10)与摆镜单元(4)同光轴设置。

2.根据权利要求1所述基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于：所述第一轴承外座(15)和第二轴承外座(12)上设有轴承外压圈。

3.根据权利要求1所述基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于：所述第一轴承内压圈(16)和第二轴承内压圈(17)上设有轴承内压圈。

4.根据权利要求1所述基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于：所述第一轴承(5)和第二轴承(14)为薄壁球轴承；轴承的配置方式为力矩电机(3)一端的第二轴承(14)双向固定，旋变单元(7)一端的第一轴承(5)只固定内圈，外圈在第一轴承外座(15)孔内可以轴向游动。

5.根据权利要求1所述基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于：所述摆镜单元(4)的摆镜的零位设置为45°。

6.根据权利要求1所述基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于：所述汇聚单元(11)的汇聚镜组包括同轴度不大于￠0.02mm的第三透镜(22)和第二透镜(21)、固定反射镜(19)、光阑(23)和第一透镜(20)；固定反射镜(19)通过第一透镜(20)接收摆镜单元(4)的反射光，光阑(23)、第二透镜(21)和第三透镜(22)依次设在固定反射镜(19)与成像单元(10)的光轴。

7.根据权利要求6所述基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于：所述第三透镜(22)的第一个面的半径为-116mm，第二个面的半径为-71mm，中心厚度为5mm。

8.根据权利要求6所述基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于：所述第二透镜(21)第一个面的半径为17mm，第二个面的半径为105mm，中心厚度为6.7mm。

9.根据权利要求6所述基于目标图像的机械消旋机构，其特征在于：所述第一透镜(20)与入射光的同轴度不大于￠0.03mm，第一透镜(20)的第一个面的半径为43mm，第二个面的半径为445mm，中心厚度为7mm。