CN109633852A - 一种镜头控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镜头控制系统及方法，处理光电跟踪设备的光学镜筒内部各数据及控制信息，并通过光纤对外交互，使得镜筒对外只需要光纤及电源线，使得系统配线简单易于维护，并且由于光纤的通信容量大，在光纤中添加状态监控信息，使得机上镜筒内部信息的故障诊断及状态监控简单方便。

Description

一种镜头控制系统及方法

技术领域

本发明涉及光电测控领域，具体涉及一种镜头控制系统及方法。

背景技术

光电经纬仪是靶场光电测量的主要设备，通过对目标的角度测量、交会处理完成对目标的空间定位；经纬仪设计时会对应每个光电探测器(相机)设计不同的光学镜筒，根据镜筒内部各光学部件的工作，实现了对目标的调光、调焦等光学功能，使得获取的目标更清晰准确。

由于镜筒内部空间限制，以及光纤传输系统的集成度限制以及一些其他的设计方便性考虑，大部分经纬仪会将镜筒内部的相机接口、各传感器及电机控制接口等通过配线的方式从镜筒内部引出到经纬仪机上的电控柜中进行集中处理，这样使得经纬仪机上配线繁琐，故障诊断及状态监控困难。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种镜头控制系统及方法，使得系统配线简单易于维护，并且由于光纤的通信容量大，在光纤中添加状态监控信息，使得机上镜筒内部信息的故障诊断及状态监控简单方便。

第一方面，本发明提供一种镜头控制系统，所述系统包括：核心控制板、信号处理板、调光调焦驱动板、传感器组以及驱动组件，所述核心控制板与所述信号处理板电连接，所述调光调焦驱动板分别于所述驱动组件和所述信号处理板电连接，所述传感器组与所述信号处理板电连接，所述传感器组至少包括位置传感器、距离传感器以及温度传感器，所述距离传感器用于采集距离目标物体的距离数据，所述位置传感器用于采集镜筒内各光学部件的位置数据，所述温度传感器用于采集镜头的温度数据，所述信号处理板对所述距离数据、所述位置数据以及所述温度数据处理后发送至所述核心控制板，所述核心控制板根据所述距离数据确定调光调焦量值，结合所述温度数据和所述位置数据确定误差电压值，所述调光调焦驱动板根据所述调光调焦量值和所述误差电压值控制所述驱动组件对所述镜头进行控制。

作为一种可选的方案，所述核心控制板采用FPGA+DSP双处理器结构，所述FPGA从光纤数据提取的所述距离数据，所述DSP根据所述镜头的光学设计数据和调光调焦设计数据生成调光调焦公式，并根据所述温度数据和所述距离数据确定误差电压值。

作为一种可选的方案，所述光纤数据包括数字分量串行接口SDI图像，还包括SDI解调电路，所述SDI解调电路将SDI信号转换为差分信号，所述FPGA接收所述差分信号并采用Smpte-SDI解调转换成并行图像数据，将并行图像数据转换为10GBASE-KR协议的图像数据包汇入到光纤网络中完成SDI图像。

作为一种可选的方案，所述光纤数据还包括Cameralink-Full图像，所述FPGA采用LVDS接口接收差分信号转换成并行图像数据，通过异步FIFO缓存进行时钟域匹配，将并行图像数据转换为10GBASE-KR协议的图像数据包汇入到光纤网络中完成Cameralink-Full图像。

作为一种可选的方案，所述信号处理板包括AD/DA信号处理电路、限位开关采集接口、PWM驱动接口、422串口及BISS接口。

作为一种可选的方案，所述驱动组件包括多个直流电机和步进电机。

作为一种可选的方案，所述核心控制板具有第一QSE模块，所述信号处理板具有第二QSE模块，所述第一QSE模块和所述第二QSE模块进行板级间通信。

作为一种可选的方案，所述位置传感器采用线绕电位计。

作为一种可选的方案，所述核心控制板还包括SFP光纤模块，对应光纤接口为LC光纤，端口为10GBASE-R，网络标准支持IEEE 802.3ae，传输速率为10Gbps。

第二方面，本发明提供一种镜头控制方法，所述方法应用于如上述的镜头控制系统。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供一种镜头控制系统及方法，处理光电跟踪设备的光学镜筒内部各数据及控制信息，并通过光纤对外交互，使得镜筒对外只需要光纤及电源线，使得系统配线简单易于维护，并且由于光纤的通信容量大，在光纤中添加状态监控信息，使得机上镜筒内部信息的故障诊断及状态监控简单方便。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的镜头控制系统一种实施例的结构框图；

图2是本发明实施例中提供的镜头控制系统另一种实施例的结构框图；

图3是本发明实施例中提供的镜头控制系统再一种实施例的结构框图；

图4是本发明实施例中提供的镜头控制系统又一种实施例的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明实施例中提供的镜头控制系统一种实施例，所述系统包括核心控制板101、信号处理板102、调光调焦驱动板103、传感器组104以及驱动组件105，所述核心控制板101与所述信号处理板102电连接，所述调光调焦驱动板103分别于所述驱动组件105和所述信号处理板102电连接，所述传感器组104与所述信号处理板102电连接，所述传感器组104至少包括位置传感器、距离传感器以及温度传感器，所述距离传感器用于采集距离目标物体的距离数据，所述位置传感器用于采集镜筒内各光学部件的位置数据，所述温度传感器用于采集镜头的温度数据，所述信号处理板102对所述距离数据、所述位置数据以及所述温度数据处理后发送至所述核心控制板101，所述核心控制板101根据所述距离数据确定调光调焦量值，结合所述温度数据和所述位置数据确定误差电压值，所述调光调焦驱动板103根据所述调光调焦量值和所述误差电压值控制所述驱动组件105对所述镜头进行控制。

图2中，镜头包括遮光罩201、变倍组件202、调焦组件203、探测器组件204以及镜头控制系统205，图2中的矩形框位置用来放置镜头控制系统205。

本发明实施例中提供一种镜头控制系统，处理镜筒内部各数据及控制信息，并通过光纤对外交互，使得镜筒对外只需要光纤及电源线，使得系统配线简单易于维护，并且由于光纤的通信容量大，在光纤中添加状态监控信息，使得机上镜筒内部信息的故障诊断及状态监控简单方便。

本实施例中，核心控制板101采用FPGA+DSP双处理器结构，所述FPGA从光纤数据提取的所述距离数据，所述DSP根据所述镜头的光学设计数据和调光调焦设计数据生成调光调焦公式，并根据所述温度数据和所述距离数据确定误差电压值，利用所述误差电压值控制所述驱动组件105对所述镜头进行控制。

本实施例中，光纤数据包括数字分量串行接口SDI图像，还包括SDI解调电路，所述SDI解调电路将SDI信号转换为差分信号，所述FPGA接收所述差分信号并采用Smpte-SDI解调转换成并行图像数据，将并行图像数据转换为10GBASE-KR协议的图像数据包汇入到光纤网络中完成SDI图像。

本实施例中，光纤数据还包括Cameralink-Full图像，所述FPGA采用LVDS接口接收差分信号转换成并行图像数据，通过异步FIFO缓存进行时钟域匹配，将并行图像数据转换为10GBASE-KR协议的图像数据包汇入到光纤网络中完成Cameralink-Full图像。

本实施例中，信号处理板102包括AD/DA信号处理电路、限位开关采集接口、PWM驱动接口、422串口及BISS接口，驱动组件105包括多个直流电机和步进电机，核心控制板101具有第一QSE模块，所述信号处理板102具有第二QSE模块，所述第一QSE模块和所述第二QSE模块进行板级间通信，可以通过无线通信的方式进行，位置传感器采用线绕电位计，核心控制板101还包括SFP光纤模块，对应光纤接口为LC光纤，端口为10GBASE-R，网络标准支持IEEE 802.3ae，传输速率为10Gbps。

结合图3所示，本发明实施例中提供的镜头控制系统的另一种实施例，所述系统包括核心控制板101、信号处理板102以及调光调焦驱动板103；所述光电跟踪设备镜头控制系统的核心控制板101基于DSP+FPGA框架设计，完成光纤通讯功能以及光学镜头的调焦控制、变焦距控制、光阑调光控制等；可接收并光纤传输SDI图像、Cameralink-Full图像以及串口信息；通过QSE和信号处理板102完成高速的板级高速信号通讯，核心控制板101主要完成光纤通信功能以及实现光学镜头的调焦控制、变焦距控制、滤光片或光阑调光控制等；信号处理板102主要完成对信号的处理以及信号的采集及处理功能；调光调焦驱动板103完成驱动各步进电机与直流电机完成调光调焦等操作。

所述核心控制板101的光纤传输SDI图像是采用SDI接收均衡芯片及SDI解调芯片构成SDI解调电路将SDI信号转换成差分信号，FPGA接收这些差分信号再通过Smpte-SDI解调模块转换成并行图像数据之后，转换成标准10GBASE-KR协议的图像数据包汇入到光纤网络中完成SDI图像数据的光纤传输功能。

所述核心控制板101的光纤传输Cameralink-Full图像是FPGA采用LVDS接口接收差分信号转换成并行的图像数据，再通过异步FIFO缓存进行时钟域匹配，并在过程中将需要叠加的数据替换掉对应位置的图像数据，转换成标准10GBASE-KR协议的图像数据包汇入到光纤网络中完成数字图像数据的光纤传输功能。

所述核心控制板101的光纤传输串口信息是将串口信息转换成标准10GBASE-KR协议的图像数据包汇入到光纤网络中完成数字图像数据的光纤传输功能，所述核心控制板101的光学镜头的调光、调焦控制等是FPGA接收光纤网络包中的控制命令，结合当前光学元件位置产生对应的驱动控制脉冲，经过信号处理板102及调光调焦驱动板103放大后完成对对应电机的控制，实现了该光学功能。

所述光电跟踪设备镜头控制系统的信号处理板102为核心控制板101提供信号扩展接口，将核心控制板101与各传感器、调光调焦驱动板103连接起来，所述信号处理板102的信号扩展接口包括AD/DA信号处理电路、限位开关采集接口、PWM驱动接口、422串口及BISS接口。

所述光电跟踪设备镜头控制系统的调光调焦板接收核心控制板101的控制信号进行驱动放大之后完成对各步进电机与直流电机调光调焦等操作，所述调光调焦板提供光耦隔离，对核心控制板101及信号处理板102起到隔离保护作用，并且提供可同时驱动5个直流电机和两个步进电机。

所述光电跟踪设备镜头控制系统在光纤中添加状态监控信息，监控及诊断镜筒内部信息的原理是根据主控计算机的光纤通讯检测软件选通命令，对光纤中的对应信号进行连续采样之后，汇成一个网络数据包提供给光纤通讯检测软件，软件实时显示和存储该信号以达到故障诊断及状态监控。

结合图3和4所示，核心控制板101采用FPGA+DSP架构设计，可接收并光纤传输数字图像以及串口信息等，并完成光学镜头的调焦控制、变焦距控制、光阑调光控制等，FPGA从光纤数据中提取出距离控制信息等提供给DSP，根据已有的光学设计数据及调光调焦系统的设计数据产生调光调焦公式，DSP根据参数和公式计算出所需的调光调焦量值，利用精密线绕电位计检测相机、准直镜、滤光片位置及变倍镜组状态等，再结合温度采样值、接收的距离信息运算出误差电压值，进而产生驱动脉冲，经功率放大后驱动电机转动，再通过机械传动带动相机或准直镜、滤光片等移动完成对应的调光调焦功能。

本发明实施例中提供一种镜头控制方法，所述方法应用于如上述的镜头控制系统，所述系统包括核心控制板101、信号处理板102、调光调焦驱动板103、传感器组104以及驱动组件105，所述核心控制板101与所述信号处理板102电连接，所述调光调焦驱动板103分别于所述驱动组件105和所述信号处理板102电连接，所述传感器组104与所述信号处理板102电连接，所述传感器组104至少包括位置传感器、距离传感器以及温度传感器，所述距离传感器用于采集距离目标物体的距离数据，所述位置传感器用于采集镜筒内各光学部件的位置数据，所述温度传感器用于采集镜头的温度数据，所述信号处理板102对所述距离数据、所述位置数据以及所述温度数据处理后发送至所述核心控制板101，所述核心控制板101根据所述距离数据确定调光调焦量值，结合所述温度数据和所述位置数据确定误差电压值，所述调光调焦驱动板103根据所述调光调焦量值和所述误差电压值控制所述驱动组件105对所述镜头进行控制。

本发明实施例中提供一种镜头控制方法，处理光电跟踪设备的光学镜筒内部各数据及控制信息，并通过光纤对外交互，使得镜筒对外只需要光纤及电源线，使得系统配线简单易于维护，并且由于光纤的通信容量大，在光纤中添加状态监控信息，使得机上镜筒内部信息的故障诊断及状态监控简单方便。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种镜头控制系统及方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种镜头控制系统，其特征在于，所述系统包括：核心控制板、信号处理板、调光调焦驱动板、传感器组以及驱动组件，所述核心控制板与所述信号处理板电连接，所述调光调焦驱动板分别于所述驱动组件和所述信号处理板电连接，所述传感器组与所述信号处理板电连接，所述传感器组至少包括位置传感器、距离传感器以及温度传感器，所述距离传感器用于采集距离目标物体的距离数据，所述位置传感器用于采集镜筒内各光学部件的位置数据，所述温度传感器用于采集镜头的温度数据，所述信号处理板对所述距离数据、所述位置数据以及所述温度数据处理后发送至所述核心控制板，所述核心控制板根据所述距离数据确定调光调焦量值，结合所述温度数据和所述位置数据确定误差电压值，所述调光调焦驱动板根据所述调光调焦量值和所述误差电压值控制所述驱动组件对所述镜头进行控制。

2.根据权利要求1所述的镜头控制系统，其特征在于，所述核心控制板采用FPGA+DSP双处理器结构，所述FPGA从光纤数据提取的所述距离数据，所述DSP根据所述镜头的光学设计数据和调光调焦设计数据生成调光调焦公式，并根据所述温度数据和所述距离数据确定误差电压值。

3.根据权利要求2所述的镜头控制系统，其特征在于，所述光纤数据包括数字分量串行接口SDI图像，还包括SDI解调电路，所述SDI解调电路将SDI信号转换为差分信号，所述FPGA接收所述差分信号并采用Smpte-SDI解调转换成并行图像数据，将并行图像数据转换为10GBASE-KR协议的图像数据包汇入到光纤网络中完成SDI图像。

4.根据权利要求3所述的镜头控制系统，其特征在于，所述光纤数据还包括Cameralink-Full图像，所述FPGA采用LVDS接口接收差分信号转换成并行图像数据，通过异步FIFO缓存进行时钟域匹配，将并行图像数据转换为10GBASE-KR协议的图像数据包汇入到光纤网络中完成Cameralink-Full图像。

5.根据权利要求3所述的镜头控制系统，其特征在于，所述信号处理板包括AD/DA信号处理电路、限位开关采集接口、PWM驱动接口、422串口及BISS接口。

6.根据权利要求3所述的镜头控制系统，其特征在于，所述驱动组件包括多个直流电机和步进电机。

7.根据权利要求3所述的镜头控制系统，其特征在于，所述核心控制板具有第一QSE模块，所述信号处理板具有第二QSE模块，所述第一QSE模块和所述第二QSE模块进行板级间通信。

8.根据权利要求3所述的镜头控制系统，其特征在于，所述位置传感器采用线绕电位计。

9.根据权利要求3所述的镜头控制系统，其特征在于，所述核心控制板还包括SFP光纤模块，对应光纤接口为LC光纤，端口为10GBASE-R，网络标准支持IEEE 802.3ae，传输速率为10Gbps。

10.一种镜头控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至9中任一项所述的镜头控制系统。