CN106973263B - 一种基于微型主板的小型化成像侦查仪 - Google Patents

一种基于微型主板的小型化成像侦查仪 Download PDF

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Abstract

公开了一种基于微型主板的小型化成像侦查仪，包括：成像器、主动激光照明器、微型主板和触摸显示屏；其中，成像器获取目标图像并传输至触摸显示屏和微型主板，在接收到视场角请求指令后将成像器的视场角发送至微型主板；主动激光照明器为目标成像提供主动照明光源；微型主板根据接收触摸显示屏发送的被动测距请求向成像器发送视场角请求指令，从接收的目标图像中解析目标的态势信息，根据目标的态势信息和成像器的视场角，确定目标距离观测点的距离并反馈至触摸显示屏；触摸显示屏提供人机交互界面。本发明能够在成像的过程中对目标进行光电被动测距，实时获取目标的距离信息，体积小，集成度和可靠度高，易于扩展。

Description

一种基于微型主板的小型化成像侦查仪
技术领域
本发明涉及视频监控技术领域，尤其涉及一种基于微型主板的小型化成像侦查仪。
背景技术
以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。
成像侦查仪一般用于公安、武警、边防哨所等侦查活动，采用全天候工作方式，白天通过自然光成像，夜晚通过隐蔽性激光夜视技术，对目标进行态势感知。传统的成像侦查仪一般体积较大且功能简单，在公安、武警一线人员使用过程中造成相对不便，如显示功能单一，无智能处理算法，监视人员容易造成视觉疲劳。另外，在成像过程中，只有目标的二维强度信息，没有目标的距离信息，不利于对威胁目标的快速压制。传统的测距方法一般基于主动方式，通过雷达测距或激光测距方式实现对目标的定位定向，但二者不但体积大、难以便携，且采用主动方式，隐蔽性差，因此迫切需要一种被动式、小型化、智能化的成像侦查装置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于微型主板的小型化成像侦查仪，能够在成像的过程中对目标进行光电被动测距，实时获取目标的距离信息，体积小，集成度和可靠度高，易于扩展。
本发明基于微型主板的小型化成像侦查仪，包括：成像器、主动激光照明器、微型主板和触摸显示屏；其中，
成像器，用于获取目标的图像并传输至触摸显示屏和微型主板；接收微型主板发送的视场角请求指令，并在接收到视场角请求指令后，将成像器的视场角发送至微型主板；
主动激光照明器，用于为目标成像提供主动照明光源；
微型主板，根据接收触摸显示屏发送的被动测距请求向成像器发送视场角请求指令；从接收的目标图像中解析目标的态势信息；根据目标的态势信息和成像器的视场角，确定目标距离观测点的距离，并反馈至触摸显示屏；
触摸显示屏，用于接收用户输入的操作请求，根据用户的操作请求生成相应的操作指令、并发送至微型主板；接收目标的图像并显示；接收微型主板反馈的目标距离观测点的距离并显示；
其中，所述态势信息包括：目标在垂直于视轴的平面上的特征尺寸、成像器的分辨率、以及目标在成像靶面上的成像尺寸；所述操作指令包括：被动测距请求。
优选地，目标在垂直于视轴的平面上的特征尺寸为H×V，成像器的分辨率为m×n，目标在成像靶面上的成像大小t×k，目标距离观测点的距离R满足如下关系式：
或
其中，R为目标距离观测点的距离，单位为mm；θH为成像器的水平视场角，θv为成像器的垂直视场角，单位为rad；H、V、m、n、t和k的单位均为mm。
优选地，触摸显示屏上设置有：用于发送被动测距请求的被动测距请求按钮；和/或，用于发送视场同步请求的视场同步请求按钮；和/或，用于发送电子透雾请求的电子透雾请求按钮。
优选地，所述操作指令进一步包括：视场同步请求；微型主板接收到的视场同步请求后，向主动激光照明器发送发散角请求指令；
主动激光照明器接收到视场角请求指令后，将主动激光照明器的激光发散角发送至微型主板；
微型主板将主动激光照明器的激光发散角与成像器的视场角进行比较，若主动激光照明器的激光发散角与成像器的视场角不相等，调整主动激光照明器的发散角使其与成像器的视场角相等。
优选地，若主动激光照明器的激光发散角与成像器的视场角不相等，微型主板根据成像器的视场角确定主动激光照明器的目标焦距值，然后驱动主动激光照明器准直镜头的电机改变主动激光照明器的焦距至所述目标焦距值。
优选地，微型主板中预先存储有主动激光照明器的发散角和焦距值之间的一一对应关系。
优选地，所述操作指令进一步包括：电子透雾请求；微型主板接收到电子透雾请求后，通过图像处理算法增加目标图像的对比度，并将增加对比度后的目标图像发送至触摸显示屏进行显示。
优选地，微型主板上设置有无线数据接口，用于实现远程无线图传和数传。
优选地，微型主板上设置有如下数据接口中的任意一种、两种或更多种，用于与其他设备的连接：串口、USB口、网口、LVDS接口。
优选地，主动激光照明器采用近红外波段的激光。。
本发明具有如下有益效果：
(1)采用微型主板作为系统唯一的逻辑设计单元，将所有逻辑设计功能集成于一体，简化了产品复杂度，提高了产品集成度和可靠性；
(2)采用微型主板作为系统唯一的逻辑设计单元，易于后续产品功能与性能的升级，易于扩展；
(3)与传统产品相比，本发明在成像的过程中对目标进行光电被动测距，可实时获取目标的距离信息；
(4)采用触摸显示屏提供人机交互界面，可方便用户在手持时查看和操作成像侦查仪；将用户的操作和控制界面集成于一体，可节省产品的按键空间，提高集成度。
附图说明
通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：
图1是示出本发明基于微型主板的小型化成像侦查仪的结构示意图；
图2是示出本发明优选实施例中被动测距的原理示意图；
图3是根据本发明优选实施例的小型化成像侦查仪的使用流程示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
如图1所示，本发明基于微型主板的小型化成像侦查仪包括：成像器、主动激光照明器、微型主板和触摸显示屏；其中，
成像器，用于获取目标的图像并传输至触摸显示屏和微型主板；接收微型主板发送的视场角请求指令，并在接收到视场角请求指令后，将成像器的视场角发送至微型主板；
主动激光照明器，用于为目标成像提供主动照明光源；
微型主板，根据接收触摸显示屏发送的被动测距请求向成像器发送视场角请求指令；从接收的目标图像中解析目标的态势信息；根据目标的态势信息和成像器的视场角，确定目标距离观测点的距离，并反馈至触摸显示屏；
触摸显示屏，用于接收用户输入的操作请求，根据用户的操作请求生成相应的操作指令、并发送至微型主板；接收目标的图像并显示；接收微型主板反馈的目标距离观测点的距离并显示；
其中，所述态势信息包括：目标在垂直于视轴的平面上的特征尺寸、成像器的分辨率、以及目标在成像靶面上的成像尺寸；所述操作指令包括：被动测距请求。
在夜间条件下，无自然光，影响成像器的成像效果。采用主动激光照明器，能够在夜间条件或者其他光线较差的条件下为目标成像提供主动光源，提高成像器的成像效果。为兼顾夜视隐蔽性要求，主动激光照明器可以采用近红外波段的激光，如808nm，940nm等。
主动照明器可以采用时间匀化积分技术，以实现高均匀性照明。主动激光照明器上可以集成发散角数控返回指令，通过网口、串口等多种数据接口方式将主动激光照明器的发散角反馈至微型主板。
成像器用于获取目标的成像。根据成像侦查仪使用环境的不同，可以采用可见光、红外等多种波段进行成像。优选地，成像器可以选用自动聚焦相机，快速聚焦时间小于1s，成像速度快、且不影响目标的实时清晰成像。成像器可通过网口、串口等多种数据接口方式向微型主板反馈当前的视场角值及目标的成像等信息。
为了准确获取成像器的成像信息，可以通过微型主板对成像器的成像参数进行标定。例如，在一定条件下标定成像器的视场角与焦距值之间的对应数据，基于多组对应数据拟合二者之间的一一对应关系。设成像器的实时焦距值为f2，实时发散角为θ，最后形成θ＝ψ(f2)函数关系。当然，为了尽量简化微型主板的算法，可以在微型主板中预先存储有成像器的视场角和焦距值之间的一一对应关系。
微型主板获取成像器当前的成像视场角θ值之后，可以通过对目标的成像图像、目标特征尺寸和成像器参数间的耦合关系反演目标距离，图2是示出本发明优选实施例中被动测距的原理示意图。在进行被动测距时，可以基于成像器的水平视场角反演目标距离观测点的距离，也可以根据成像器的垂直视场角反演目标距离观测点的距离。目标在垂直于视轴的平面上的特征尺寸为H×V，成像器的分辨率为m×n，目标在成像靶面上的成像大小t×k，目标距离观测点的距离R满足如下关系式：
或
其中，R为目标距离观测点的距离，单位为mm；θH为成像器的水平视场角，θv为成像器的垂直视场角，单位为rad；H、V、m、n、t和k的单位均为mm。
本发明的触摸显示屏提供人机交互接口，能够接收用户输入的操作请求，根据用户的操作请求生成相应的操作指令、并发送至微型主板。为了提高人机交互功能的用户体验，触摸显示屏上可以进一步设置有：用于发送被动测距请求的被动测距请求按钮；和/或，用于发送视场同步请求的视场同步请求按钮；和/或，用于发送电子透雾请求的电子透雾请求按钮。图3示出了本发明优选实施例中小型化成像侦查仪的使用流程示意图，使用过程中，用户可以通过触摸显示屏选择“视场同步”、“被动测距”、或者“电子去雾”等功能。触摸显示屏触摸显示屏可以用于人机交互界面的控制和图像显示，实现不同功能的操作和选择，方便用户在手持时查看和操作成像侦查仪。无需物理按键，节省了空间。
为了使成像器和主动激光照明器的数据保持一致性，提高被动探测目标距离的准确性，可以使成像器和主动激光照明器的视场保持同步。例如，操作指令进一步包括：视场同步请求；微型主板接收到的视场同步请求后，向主动激光照明器发送发散角请求指令；
主动激光照明器接收到视场角请求指令后，将主动激光照明器的激光发散角发送至微型主板；
微型主板将主动激光照明器的激光发散角与成像器的视场角进行比较，若主动激光照明器的激光发散角与成像器的视场角不相等，调整主动激光照明器的发散角使其与成像器的视场角相等。
主动激光照明器的发散角与焦距值之间存在一定的关系，因此，可以通过调整主动激光照明器的焦距值来调整主动激光照明器的发散角。优选地，若主动激光照明器的激光发散角与成像器的视场角不相等，微型主板根据成像器的视场角确定主动激光照明器的目标焦距值，然后驱动主动激光照明器准直镜头的电机改变主动激光照明器的焦距至所述目标焦距值。
为了获取主动激光照明器的发散角与焦距值之间的对应关系，微型主板可以在接收到视场同步请求后对主动激光照明器进行参数标定，例如，在一定条件下标定主动激光照明器的发散角与焦距值之间的对应数据，基于多组对应数据拟合二者之间的一一对应关系。设主动激光照明器的准直镜头的实时焦距值为f1，实时发散角为ω，最后形成ω＝φ(f1)函数关系。当然，为了尽量简化微型主板的算法、提高视场同步的效率，可以在微型主板中预先存储有主动激光照明器的发散角和焦距值之间的一一对应关系。
在一些实施例中，操作指令进一步包括：电子透雾请求；微型主板接收到电子透雾请求后，通过图像处理算法增加目标图像的对比度，一般为图像增强算法，从而实现透雾效果。微型主板将增加对比度后的目标图像发送至触摸显示屏进行显示。通过电子去雾请求，能够增强目标成像的清晰度，增加被动测距时目标大小分辨精度。本领域技术人员可以根据微型主板的软硬件环境和测距精度求选择合适的图像预处理方式进行电子去雾，本发明对此不做具体限定。
微型主板的形式可以根据实际情况进行选择，例如采用嵌入式工业主板，或者选用Intel处理器、AMD处理器等，或者运行Android、BSD、iOS、Linux、Mac OS X、Windows、Windows Phone和z/OS等操作系统。微型主板上设置有无线数据接口，用于实现远程无线图传和数传。
微型主板上可以设置有如下数据接口中的任意一种、两种或更多种，用于与其他设备的连接：串口、USB口、网口、LVDS接口，从而无需接口板，集成度高。
本发明的成像侦察仪可以进一步包括结构件，作为产品的物理支撑部分将各部件进行物理上的固联，形成产品的外观。在结构件的设计中，可以预留USB接口、网络接口等多种数据交互接口，方便数据交换。结构件可以采用轻质铝材料和镁合金材料，从而大大减小结构件的重量，利于产品的轻量化。结构件的外围可以喷涂黑色亚光油漆，以利于产品的隐蔽性。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (9)

1.一种基于微型主板的小型化成像侦查仪，其特征在于包括：成像器、主动激光照明器、微型主板和触摸显示屏；其中，
成像器，用于获取目标的图像并传输至触摸显示屏和微型主板；接收微型主板发送的视场角请求指令，并在接收到视场角请求指令后，将成像器的视场角发送至微型主板；
主动激光照明器，用于为目标成像提供主动照明光源；
微型主板，根据接收触摸显示屏发送的被动测距请求向成像器发送视场角请求指令；从接收的目标图像中解析目标的态势信息；根据目标的态势信息和成像器的视场角，确定目标距离观测点的距离，并反馈至触摸显示屏；
触摸显示屏，用于接收用户输入的操作请求，根据用户的操作请求生成相应的操作指令、并发送至微型主板；接收目标的图像并显示；接收微型主板反馈的目标距离观测点的距离并显示；
其中，所述态势信息包括：目标在垂直于视轴的平面上的特征尺寸、成像器的分辨率、以及目标在成像靶面上的成像尺寸；所述操作指令包括：被动测距请求；
其中，目标在垂直于视轴的平面上的特征尺寸为H×V，成像器的分辨率为m×n，目标在成像靶面上的成像大小t×k，目标距离观测点的距离R满足如下关系式：
或
其中，R为目标距离观测点的距离，单位为mm；θH为成像器的水平视场角，θv为成像器的垂直视场角，单位为rad；H、V、m、n、t和k的单位均为mm。
2.如权利要求1所述的小型化成像侦查仪，其特征在于，触摸显示屏上设置有：用于发送被动测距请求的被动测距请求按钮；和/或，用于发送视场同步请求的视场同步请求按钮；和/或，用于发送电子透雾请求的电子透雾请求按钮。
3.如权利要求1所述的小型化成像侦查仪，其特征在于，所述操作指令进一步包括：视场同步请求；微型主板接收到的视场同步请求后，向主动激光照明器发送发散角请求指令；
主动激光照明器接收到视场角请求指令后，将主动激光照明器的激光发散角发送至微型主板；
微型主板将主动激光照明器的激光发散角与成像器的视场角进行比较，若主动激光照明器的激光发散角与成像器的视场角不相等，调整主动激光照明器的发散角使其与成像器的视场角相等。
4.如权利要求3所述的小型化成像侦查仪，其特征在于，若主动激光照明器的激光发散角与成像器的视场角不相等，微型主板根据成像器的视场角确定主动激光照明器的目标焦距值，然后驱动主动激光照明器准直镜头的电机改变主动激光照明器的焦距至所述目标焦距值。
5.如权利要求4所述的小型化成像侦查仪，其特征在于，微型主板中预先存储有主动激光照明器的发散角和焦距值之间的一一对应关系。
6.如权利要求1所述的小型化成像侦查仪，其特征在于，所述操作指令进一步包括：电子透雾请求；微型主板接收到电子透雾请求后，通过图像处理算法增加目标图像的对比度，并将增加对比度后的目标图像发送至触摸显示屏进行显示。
7.如权利要求1所述的小型化成像侦查仪，其特征在于，微型主板上设置有无线数据接口，用于实现远程无线图传和数传。
8.如权利要求1所述的小型化成像侦查仪，其特征在于，微型主板上设置有如下数据接口中的任意一种、两种或更多种，用于与其他设备的连接：串口、USB口、网口、LVDS接口。
9.如权利要求1所述的小型化成像侦查仪，其特征在于，主动激光照明器采用近红外波段的激光。
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