CN109491040B - 一种用于红外特定视场的连续变焦控制方法及系统 - Google Patents

一种用于红外特定视场的连续变焦控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于红外特定视场的连续变焦控制方法及系统，包括控制器单元、驱动单元、执行机构单元和位置反馈单元。其中控制器单元是核心，该单元包含目标距离与视场解算控制算法以及多凸轮曲线切换控制。执行任务时：连续变焦时和根据目标作用距离信息，计算特定视场值，调用凸轮不同的曲线。优点是：在对快速移动目标进行搜索和跟踪时，可快速切换到中视场(全行程中的某一特定视场，此过程中存在目标短暂模糊)后，再在小视场附近进行连续变焦控制。根据目标测距距离信息，自适应调整中视场值，凸轮曲线动态切换。

Description

一种用于红外特定视场的连续变焦控制方法及系统
技术领域
本发明属于控制技术领域，涉及一种用于红外特定视场的连续变焦控制方法及系统。
背景技术
红外成像设备用于某型直升机光电探测和跟踪吊舱设备，为飞机提供夜间或不良气候下观察、搜索的目标图像。
目前视场变倍的光学系统主要有三种方式：旋转变倍、径向变倍和轴向变倍。红外系统对目标进行搜索和探测时，对连续变焦红外热像仪系统需求日益增强，其中一个措施就是改变两个或两个以上透镜在光学系统中的位置，从而改变光学系统的焦距。尤其是在对目标进行搜索和跟踪时，需要在大视场范围内快速搜索可疑目标，进而进行小视场锁定跟踪。连续变焦控制红外成像设备利用两个透镜之间的凸轮曲线关系进行联动运动，可实现视场快速切换和连续变焦控制。
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，本发明提出一种用于红外特定视场的连续变焦控制方法及系统，提供一种用于红外特定视场的连续变焦控制方法，控制某型红外成像设备快速搜索目标。
技术方案
一种用于红外特定视场的连续变焦控制方法，其特征在于控制步骤如下：
步骤1：控制器单元上电时，进行上电自检测，以小视场作为基准完成基准建立，使能电机驱动器，进入电子凸轮模式等待控制命令；
步骤2：控制器单元接收来自RS422总线的控制命令，根据机载设备传递的视场切换命令及目标距离信息，选择A凸轮曲线或B凸轮曲线：
1、当选择全视场范围内图像清晰，全行程采用连续变焦控制时，采用A凸轮曲线，步骤为：
步骤A1：根据控制命令发布的目标的距离
Figure BDA0001904047240000021
计算瞬时视场θ，其中：D为视场目标的结构尺寸，N＝3～5；
再计算视场目标的焦距＝像元/θ，其中：像元为采用的探测器的参数；
步骤A2：根据视场焦距映射表得到步骤A1焦距相对应的视场的数据点数；所述视场焦距映射表是产品的A凸轮曲线的视场的数据点数与焦距的对应表；
步骤A3：依据步骤A2得到的视场的数据点数，在目标视场编码器值得到A凸轮的运动目标位置数据；所述目标视场编码器值是产品的A凸轮曲线视场的数据点数与A凸轮的运动目标位置的对应编码；
步骤A4：将A凸轮的运动目标位置数据与反馈位置数据相差得到A凸轮的位移数据，驱动器在位移数据的控制下驱动，使电机驱动双联动光机结构的变倍补偿镜组的A凸轮运动到运动目标位置；
2、当选择特定视场时，采用B凸轮曲线：
步骤B1：依据指令的视场的数据点数，在目标视场编码器值得到B凸轮的运动目标位置数据；所述目标视场编码器值是产品的B凸轮曲线视场场的数据点数与B凸轮的运动目标位置的对应编码；
步骤B2：驱动器在控制器指令下，使电机驱动双联动光机结构的变倍补偿镜组的B凸轮运动到运动目标位置。
一种实现所述方法的控制系统，被控为双联动光机结构，其特征在于控制系统包括由PID和PWN组成的控制器单元、驱动器、执行机构单元和位置反馈单元；控制器单元接收上级发送的RS422总线的控制命令，与位置反馈单元反馈的信号进行比较，进行PID控制运算，然后将结果发送至驱动器，驱动器驱动执行机构双联动光机结构变倍和补偿电机按照电子凸轮曲线双联动，实现连续变焦控制；所述驱动器采用TI公司DRV系列驱动芯片；所述执行机构单元的电机与镜组之间传动部件采用滚珠丝杠，电机选配14:1减速箱，电机选配编码器为256线p。
有益效果
本发明提出的一种用于红外特定视场的连续变焦控制方法及系统，包括控制器单元、驱动单元、执行机构单元和位置反馈单元。其中控制器单元是核心，该单元包含目标距离与视场解算控制算法以及多凸轮曲线切换控制。执行任务时：连续变焦时，调用凸轮曲线A；切换到特定视场时：根据目标作用距离信息，计算特定视场值，使得目标占输出图像的中间1/2区域，调用凸轮曲线B。
本发明的优点是：
在执行任务时，飞机姿态(方位俯仰)时刻变化，可根据设定用途选择：
(1)在对固定目标或移动较慢目标进行搜索和跟踪时，可对全视场范围内进行连续变焦控制，该策略可实现连续变焦全行程图像清晰；
(2)在对快速移动目标进行搜索和跟踪时，可快速切换到中视场(全行程中的某一特定视场，此过程中存在目标短暂模糊)后，再在小视场附近进行连续变焦控制，在本方案中可缩短2s左右，实现快速识别目标；
(3)根据目标测距距离信息，自适应调整中视场值，凸轮曲线动态切换。
附图说明
图1：凸轮曲线示意图A
图2：凸轮曲线示意图B
图3：双联动光机二维图
图4：控制方法流程图
图5：视场焦距关系图
图6：控制系统原理框图
图7：变倍和补偿位置对应关系曲线
为双联动光机二维图。组件上电后，控制装置基准建立，控制系统接收控制命令，根据命令及目标距离信息调用驱动曲线A或B配合实现快速搜索目标的精确控制。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
控制系统，被控为双联动光机结构，包括由PID和PWN组成的控制器单元、驱动器、执行机构单元和位置反馈单元；控制器单元接收上级发送的RS422总线的控制命令，与位置反馈单元反馈的信号进行比较，进行PID控制运算，然后将结果发送至驱动器，驱动器驱动执行机构双联动光机结构变倍和补偿电机按照电子凸轮曲线双联动，实现连续变焦控制；所述驱动器采用TI公司DRV系列驱动芯片；所述执行机构单元的电机与镜组之间传动部件采用滚珠丝杠，电机选配14:1减速箱，电机选配编码器为256线。
1、工作过程设计
本发明通过控制器单元实现对电机的双联动电子凸轮控制，控制器单元中包含DSP控制器、RS422通讯接口和电机驱动电路，控制器单元通过RS422接口芯片接收视场切换指令，选择全行程或部分电子凸轮模式，对编码器反馈的位置信号与目标值进行比较，经PID运算后实时控制两组电机相对位置和速度的匹配，实现视场切换要求。
根据连续变焦工作要求：
控制器单元上电时，进行上电自检测，自检测完成零位校准。本发明采用小视场作为零位基准，电子凸轮曲线在零位校准的基础上方可实现连续变焦控制。
2、方法步骤设计
图4为控制流程图。
一种用于红外特定视场的连续变焦控制系统的特定视场连续变焦的控制方法，其特征在于控制步骤如下：
步骤1：控制器单元上电时，进行上电自检测，以小视场作为基准完成基准建立，使能电机驱动器，进入电子凸轮模式等待控制命令；
步骤2：控制器单元接收来自RS422总线的控制命令，根据机载设备传递的视场切换命令及目标距离信息，选择A凸轮曲线或B凸轮曲线：
1)当选择全视场范围内图像清晰，全行程采用连续变焦控制时，采用A凸轮曲线，
步骤为：
步骤A1：根据控制命令发布的目标的距离
Figure BDA0001904047240000051
计算瞬时视场θ，其中：D为视场目标的结构尺寸为7.3m*3.4m*2.3m，N＝3.5；
在计算视场目标的焦距＝像元/θ，其中：像元为采用的探测器的参数，为15μm；
步骤A2：根据视场焦距映射表得到步骤A1焦距相对应的视场的数据点数；所述视场焦距映射表是产品的A凸轮曲线的视场与焦距的对应表；
步骤A3：依据步骤A2得到的视场的数据点数，在目标视场编码器值得到A凸轮的运动目标位置数据；所述目标视场编码器值是产品的A凸轮曲线视场的数据点数与A凸轮的运动目标位置的对应编码；
步骤A4：将A凸轮的运动目标位置数据与反馈位置数据相差得到A凸轮的位移数据，驱动器在位移数据的控制下驱动下，使电机驱动双联动光机结构的变倍补偿镜组的A凸轮运动到运动目标位置；
2)当选择特定视场时，采用B凸轮曲线：
步骤B1：依据指令的视场的数据点数，在目标视场编码器值得到B凸轮的运动目标位置数据；所述目标视场编码器值是产品的B凸轮曲线视场的数据点数与B凸轮的运动目标位置的对应编码；
步骤B2：驱动器在控制器指令下，使电机驱动双联动光机结构的变倍补偿镜组的B凸轮运动到运动目标位置。
所述电机编码器为增量式编码器，控制单元的正交编码电路(QEP)可捕获编码器脉冲，进行编码器计数，可实现对电机位置的实时反馈，丝杠导程2mm，对应编码器脉冲数14336。

Claims (1)

1.一种用于红外全视场范围和特定视场的连续变焦控制方法，其特征在于控制步骤如下：
步骤1：控制器单元上电时，进行上电自检测，以小视场作为基准完成基准建立，使能电机驱动器，进入电子凸轮模式等待控制命令；
步骤2：控制器单元接收来自RS422总线的控制命令，根据机载设备传递的视场切换命令及目标距离信息，选择A凸轮曲线或B凸轮曲线：
1、当选择全视场范围内图像清晰，全行程采用连续变焦控制时，采用A凸轮曲线，步骤为：
步骤A1：根据控制命令发布的目标的距离
Figure FDA0002813963940000011
计算瞬时视场θ，其中：D为视场目标的结构尺寸，N＝3～5；
再计算视场目标的焦距＝像元/θ，其中：像元为采用的探测器的参数；
步骤A2：根据视场焦距映射表得到步骤A1焦距相对应的视场的数据点数；所述视场焦距映射表是A凸轮曲线的视场的数据点数与焦距的对应表；
步骤A3：依据步骤A2得到的视场的数据点数，在目标视场编码器值得到A凸轮的运动目标位置数据；所述目标视场编码器值是A凸轮曲线视场的数据点数与A凸轮的运动目标位置的对应编码；
步骤A4：将A凸轮的运动目标位置数据与反馈位置数据相差得到A凸轮的位移数据，驱动器在位移数据的控制下驱动，使电机驱动双联动光机结构的变倍和补偿镜组的A凸轮，按照A凸轮曲线运动到运动目标位置；
2、当选择特定视场时，采用B凸轮曲线；在对快速移动目标进行搜索和跟踪时，快速切换到全行程中的某一特定视场，采用B凸轮曲线，然后在小视场附近进行连续变焦控制：
步骤B1：依据指定的视场的数据点数，在目标视场编码器值得到B凸轮的运动目标位置数据；所述目标视场编码器值是B凸轮曲线视场的数据点数与B凸轮的运动目标位置的对应编码；
步骤B2：驱动器在控制器指令下，使电机驱动双联动光机结构的变倍和补偿镜组的B凸轮，按照B凸轮曲线运动到运动目标位置。
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