CN106595713B - 一种复杂背景模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂背景模拟装置，包括照明系统、背景胶片及准直系统，所述背景胶片上的图案为实际拍摄的背景图案，所述照明系统包括点光源、准直透镜、复眼阵列和第一会聚镜；所述点光源发出的光线经过所述准直透镜准直后入射至所述复眼阵列，所述复眼阵列对准直后的光线进行匀化后经由所述第一会聚镜会聚到所述背景胶片上，从所述背景胶片出射的光线经所述准直系统准直后生成模拟复杂背景。本发明实施例提供的复杂背景模拟装置，背景胶片上的图案为实际拍摄的背景图案，可模拟生成更复杂更真实的背景，用于目标跟踪测试时，可以提高测试精度。

Description

一种复杂背景模拟装置

技术领域

本发明涉及目标特性探测的技术领域，特别涉及一种复杂背景模拟装置。

背景技术

光电经纬仪是一种利用光学系统并配合电子技术对空中运动目标进行识别、跟踪及获取目标运动信息(如方位俯仰角度、飞行轨迹等)的大型高精度光测设备，在科学研究等领域有广泛的应用。为了评价光电经纬仪跟踪目标的性能(包括跟踪角速度、跟踪角加速及跟踪精度等)，一般用靶标模拟运动目标供光电经纬仪跟踪，通过光电经纬仪跟踪模拟目标的情况最终等效得出光电经纬仪跟踪目标的性能。

传统的运动靶标模拟系统往往是模拟无穷远的一个点目标，且背景比较干净，目标和背景的对比度很高，对跟踪系统而言易于捕获和跟踪。但是这种状态与实际的外场工作状态往往是不相符合的，因为当光电经纬仪对空中目标进行跟踪时，是在全天候的条件下工作，此时的工作背景不可能完全是干净(即晴天无云)的，而往往会遇到各种天气(如多云，阴，雨等)，在这种条件下，目标与背景的对比度降低，背景光强甚至会高于目标，因此采用传统运动靶标模拟系统模拟的目标进行光电经纬仪的跟踪性能测试，测试精度不高。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种复杂背景模拟装置，以提高模拟生成的复杂背景的真实性。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种复杂背景模拟装置，包括照明系统、背景胶片及准直系统，所述背景胶片上的图案为实际拍摄的背景图案，所述照明系统包括点光源、准直透镜、复眼阵列和第一会聚镜；

所述点光源发出的光线经过所述准直透镜准直后入射至所述复眼阵列，所述复眼阵列对准直后的光线进行匀化后经由所述第一会聚镜会聚到所述背景胶片上，从所述背景胶片出射的光线经所述准直系统准直后生成模拟复杂背景。

进一步的，所述背景图案为天空背景图案。

进一步的，所述天空背景图案包括多种天空图案，每种天空图案分别为一种天气条件下拍摄所得；和/或，所述天空背景图案包括多种天气条件下连续拍摄的多种天空图案。

进一步的，还包括卷片机构，所述卷片机构包括主动轮、从动轮、电机和同步带，所述电机用于带动所述主动轮转动，所述同步带连接所述主动轮和所述从动轮，用于带动所述从动轮转动，所述背景胶片连接于所述主动轮和所述从动轮，随所述主动轮和所述从动轮的转动而转动。

进一步的，还包括调整机构，用于带动所述卷片机构做垂直于转动方向的位移运动。

进一步的，还包括第一反射镜和第二会聚镜；所述复眼阵列对准直后的光线进行匀化后经由所述第一会聚镜会聚到所述背景胶片上，具体为：

所述复眼阵列对准直后的光线进行匀化后经由所述第一会聚镜会聚到所述第一反射镜，由所述第一反射镜反射到所述第二会聚镜，再经所述第二会聚镜会聚到所述背景胶片上。

进一步的，还包括第二反射镜；所述从所述背景胶片出射的光线经所述准直系统准直后生成模拟复杂背景，具体为：

从所述背景胶片出射的光线经所述第二反射镜反射至所述准直系统，经所述准直系统准直后生成模拟复杂背景。

进一步的，还包括底座，所述照明系统、所述卷片机构、所述调整机构及所述准直系统均设置于所述底座上。

进一步的，所述准直系统包括两组消色差双胶合透镜。

与现有技术相比，本发明实施例提供的复杂背景模拟装置，背景胶片上的图案为实际拍摄的背景图案，可模拟生成更复杂更真实的背景，相比于目前的干净背景而言，用于目标跟踪测试时，可以提高测试精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的复杂背景模拟装置(不带背景胶片)的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的复杂背景模拟装置的光路图。

图3为本发明实施例中卷片机构的结构示意图。

主要元件符号说明：

10为照明系统；11为点光源；12为准直透镜；13为复眼阵列；14为第一会聚镜；15为消色差双胶合透镜；20为第一反射镜；30为第二会聚镜；40为第二反射镜；50为准直系统；60为底座；70为支架；80为调整机构；91为电机；92为同步带；93为从动轮；94为主动轮；100为背景胶片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实施例中涉及的复杂背景是相对于干净背景(例如晴朗无云)而言，是指包含多种情况下的背景图案而生成的背景，例如包含晴朗无云、晴朗多云、雨天等天气条件下的天空图案而生成的背景。

请参阅图1、图2，本实施例中提供的复杂背景模拟装置，包括照明系统10、背景胶片100及准直系统50，背景胶片100上的图案为实际拍摄的背景图案，照明系统10包括点光源11、准直透镜12、复眼阵列13和第一会聚镜14，点光源11发出的光线经过准直透镜12准直后入射至复眼阵列13，复眼阵列13对准直后的光线进行匀化后经由第一会聚镜14会聚到背景胶片100上，从背景胶片100出射的光线经准直系统50准直后生成模拟复杂背景。

上述复杂背景模拟装置中，背景胶片100优选为反转片，反转片即为正片，曝光后在底片上的图案颜色与实际的景物颜色一致，背景胶片100上的图案为实际拍摄的背景图案，因此可以模拟生成更真实的模拟背景，用于目标跟踪测试时，近似于在真实的环境下测试，可以显著提高测试精度。

上述复杂背景模拟装置中，可以根据场景需要，改变背景胶片100上的图案，或者采用具有相应背景图案的背景胶片100，用于生成各种模拟背景。例如，测试光电经纬仪的目标跟踪性能时，背景胶片100上的图案为实际拍摄的天空背景图案。天空背景图案可以是各种天气条件下拍摄得到的图案，例如晴天无云、晴天少云、晴天多云、阴天、下雨天、风雪天等天气条件下拍摄得到的图案。模拟静态背景时，一种天气条件下可以仅需要一种(也可以是多种)天空图案，即背景胶片100上的图案包括多种天空图案，每种天空图案分别为一种天气条件下拍摄所得；模拟动态背景时，一种天气条件下需要连续拍摄的多种天空图案，即背景胶片100上的图案包括多种天气条件下连续拍摄的多种天空图案。

作为一种实施方式，本实施例中，背景胶片100设置于卷片机构上。如图3所示，卷片机构包括一个主动轮94、三个从动轮93、一个电机91和一个同步带92，电机91的转轴与主动轮94连接，电机91可带动主动轮94转动，同步带92连接于主动轮94和从动轮93，电机91带动主动轮94转动时，同步带92带动从动轮93转动，即主动轮94和从动轮93做相同转动。如图所示，主动轮94和从动轮93垂直于其转动方向设置，背景胶片100缠绕于主动轮94和从动轮93上，在主动轮94和从动轮93的带动下，背景胶片100可以随主动轮94和从动轮93的转动而转动。通过电机91的正转和反转可以实现背景胶片100的正向运动和反向运动，实现相反两个方向的运动，当背景胶片100正向走完后需要进行反向运动(倒带)以便于进行下一轮正向运动。照明系统10的照明区域随着背景胶片100的运动而进行切换，从而实现模拟背景的变换。

需要说明的是，主动轮94可以带动背景胶片100转动，而设置从动轮93的目的是为了使背景胶片100在转动过程中一直处于绷直状态，避免背景胶片100在照明区域可能存在的卷片松垮情况。本实施例中从动轮93为三个，与主动轮94一起分别设置于一个矩形区域的四个角，可以理解的，从动轮93也可以仅用两个即可，或者也可以设置更多。

如图1、图2所示，上述复杂背景模拟装置还包括第一反射镜20和第二反射镜40，其目的是利用反射特性改变光路的方向，以此来改变各部件的布置位置，进而减小整个装置的体积。

如图2所示，点光源11为LED光源，准直系统50包括两组消色差双胶合透镜15，其成像质量可以达到衍射极限。点光源11发出的光线经过准直透镜12准直后入射至复眼阵列13，复眼阵列13对准直后的光线进行匀化，形成均匀照明，照明光经由第一会聚镜14会聚到第一反射镜20，实现光路从竖直方向到水平方向的转折，再由第一反射镜20反射到第二会聚镜30，再经第二会聚镜30会聚到背景胶片100上，从背景胶片100出射的光线经第二反射镜40反射至准直系统50，最终经准直系统50准直后透射出去，生成模拟复杂背景。

如图1、图3所示，本实施例中，三个从动轮93与一个主动轮94分别位于一个矩形区域的四个角，这样的设置方式不仅可以使背景胶片100在转动过程中一直处于绷直状态，使其处于准直系统50的焦深范围之内，还可以使第一反射镜20、第二会聚镜30可以布置于该矩形区域内，使得整个复杂背景模拟装置的结构更紧凑，占地面积更小。

为了进一步地使得整个复杂背景模拟装置的结构更紧凑，更合理地利用空间，照明系统10设置于第一反射镜20的上方(仅以图1中所示方位为参考)，照明系统10通过支架70固定。本实施例中，支架70由横杆、竖板、横板组成Z字形结构，照明系统10与横杆连接。为了增加支架70的强度，优选地，横板上设置有加强板(图中未标示)，加强板为直角三棱柱结构，加强板的一个直角面设置于竖板，另一个直角面设置于横板，如图1所示。

模拟静态背景就是一格一格的步进式的选择，即一张一张地断续显示底片中的图像，模拟动态背景则是连续运动，即连续显示连续拍摄的背景图像。例如，背景胶片100选用135胶片，共36张底片，可以在某些地方(如1～10张)设置不同天气下的静态背景(不同天气下拍摄的天空照片)，而在另外某些地方(如11～20张)设置连续拍摄的云层。

参阅图1，本实施例提供的复杂背景模拟装置中，还包括调整机构80，调整机构80包括一个一维运动台，卷片机构设置于该一维运动台，调整机构80用于带动卷片机构做垂直于转动方向的位移运动，当卷片机构上安装有背景胶片100时，带动背景胶片100做垂直于转动方向的位移运动，由于照明系统10由支架70固定，保持相对不动，因此照明区域的微调就由调整机构80完成。

卷片机构与调整机构80的结合使用，可以使背景胶片100做各种形式的运动，即背景胶片100中的背景图案做各种形式的运动，模拟生成更真实的动态背景。

如图1所示，作为较优的实施方式，支架70的横杆为匚字形结构，横杆的两端与照明系统10连接，形成夹持状态，将照明系统10固定，调整机构80设置于横杆的内部，这样设置进一步减小了整个装置的尺寸。

如图1所示，为了便于移动整个复杂背景模拟装置，本实施例中，还设置了底座60，准直系统50、支架70、卷片机构、调整机构80、照明系统10等部件均安装于底座60上，移动时，只需移动底座60即可，使用方便。

本实施例提供的复杂背景模拟装置，采取了复杂背景叠加扩展目标的方式，可以有效地对被测设备在复杂背景下低对比度状态时的跟踪能力进行有效地检测和评估，使得被测设备的使用状态与实际情况更接近。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种复杂背景模拟装置，其特征在于，包括照明系统、背景胶片及准直系统，所述背景胶片上的图案为实际拍摄的背景图案，所述照明系统包括点光源、准直透镜、复眼阵列和第一会聚镜；

所述点光源发出的光线经过所述准直透镜准直后入射至所述复眼阵列，所述复眼阵列对准直后的光线进行匀化后经由所述第一会聚镜会聚到所述背景胶片上，从所述背景胶片出射的光线经所述准直系统准直后生成模拟复杂背景；

所述背景图案为天空背景图案；

所述天空背景图案包括多种天空图案，每种天空图案分别为一种天气条件下拍摄所得；和/或，所述天空背景图案包括多种天气条件下连续拍摄的多种天空图案；

还包括卷片机构，所述卷片机构包括主动轮、从动轮、电机和同步带，所述电机用于带动所述主动轮转动，所述同步带连接所述主动轮和所述从动轮，用于带动所述从动轮转动，所述背景胶片连接于所述主动轮和所述从动轮，随所述主动轮和所述从动轮的转动而转动。

2.根据权利要求1所述的复杂背景模拟装置，其特征在于，还包括调整机构，用于带动所述卷片机构做垂直于转动方向的位移运动。

3.根据权利要求1或2所述的复杂背景模拟装置，其特征在于，还包括第一反射镜和第二会聚镜；所述复眼阵列对准直后的光线进行匀化后经由所述第一会聚镜会聚到所述背景胶片上，具体为：

所述复眼阵列对准直后的光线进行匀化后经由所述第一会聚镜会聚到所述第一反射镜，由所述第一反射镜反射到所述第二会聚镜，再经所述第二会聚镜会聚到所述背景胶片上。

4.根据权利要求3所述的复杂背景模拟装置，其特征在于，还包括第二反射镜；所述从所述背景胶片出射的光线经所述准直系统准直后生成模拟复杂背景，具体为：

从所述背景胶片出射的光线经所述第二反射镜反射至所述准直系统，经所述准直系统准直后生成模拟复杂背景。

5.根据权利要求2所述的复杂背景模拟装置，其特征在于，还包括底座，所述照明系统、所述卷片机构、所述调整机构及所述准直系统均设置于所述底座上。

6.根据权利要求1所述的复杂背景模拟装置，其特征在于，所述准直系统包括两组消色差双胶合透镜。