CN110603422A - 用于平台的光电系统和关联的平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于平台的光电系统(14)，光电系统(14)包括：‑支架(26)，其可以围绕第一轴线旋转，支架(26)限定内部空间(30)；‑光电头(24)，用于观察平台的周边环境的一部分，光电头(24)被安装为使得它围绕第二轴线(X2)旋转，第二轴线(X2)垂直于第一轴线(Y1)；‑半球形观察装置(28)，其包括：传感器(52)，该传感器具有光学系统(72)，该光学系统具有至少半球形场，传感器(52)能够探测平台的周边环境的一部分的图像；和计算器(54)，该计算器用于处理传感器(52)探测的图像，计算器(54)在内部空间(30)中，并且传感器(52)固定到支架(26)。

Description

用于平台的光电系统和关联的平台
【技术领域】
本发明涉及一种光电系统。本发明还涉及一种装配有这种光电系统的平台。
【背景技术】
在观察和交通工具防护领域中，已知将短程观察装置和另一个远程观察装置一起使用。
为此，短程观察装置包括安装在交通工具上的半球形观察设备。
这种设备向交通工具的操作员提供与在交通工具外部的环境有关的信息。在该信息当中，具体地，实时提供具有75°至-15°的仰角的360°图像，精确参考这些图像的各点。
在一些情况下，设备还能够提供移动目标探测(有时使用首字母缩略词MTD指代)信息、激光报警探测(有时使用首字母缩略词LAD指代)信息以及导弹发射探测(有时使用首字母缩略词MLD指代)信息。
为了设法在没有隐藏地带的情况下最佳地覆盖交通工具的整个环境，通常在交通工具的周界上设置几个观察设备。这意味着应融合来自各设备的图像，以产生用于操作员的单个图像。
然而，这种融合很难实时执行，并且由于构建而涉及视差问题和与盲点的存在有关的问题，这些问题在设备还提供移动目标探测、激光报警探测以及导弹发射探测信息时特别麻烦。
此外，在交通工具的移动期间，因为还需要在图像中补偿由这种移动引入的扭曲，所以融合更难。具体地，当车辆运行时，移动在要补偿的图像中产生模糊。
因此，需要一种光电系统，该光电系统能够提供平台的周边环境中的前面提及的信息，并且容易实施。
【发明内容】
为此，本公开描述了一种用于平台的光电系统，该光电系统包括支架，该支架可以围绕第一轴线旋转，支架限定内部空间。光电系统包括光电头，该光电头用于观察平台的周边环境的一部分，光电头被安装为使得它围绕第二轴线旋转，第二轴线垂直于第一轴线。光电系统包括半球形观察装置，该半球形观察装置包括：传感器，该传感器具有光学系统，该光学系统具有至少半球形场，传感器能够探测平台的周边环境的一部分的图像；和计算器，该计算器用于处理传感器探测的图像，计算器在内部空间中，并且传感器固定到支架。
根据具体实施方式，光电系统包括以下特征中的一个或多个，这些特征单独考虑或根据所有技术上可以的组合来考虑：
-传感器被定位在机械界面上，机械界面被紧固在支架上。
-支架包括两个侧臂和底座，机械界面紧固在各侧臂上。
-计算器能够提供移动目标探测信息、激光报警探测信息以及导弹发射探测信息。
-光电系统设置有独立于支架的防护护罩。
-光电系统设置有用于清洁半球形观察装置的装置，清洁装置包括喷嘴，喷嘴定位在护罩上。
-计算器能够以大于1吉比特每秒的速度运行。
-传感器包括：矩阵探测器，该矩阵探测器位于光学系统的焦平面中；用于显示由传感器处理的图像的装置，矩阵探测器处于视频速率并包括LxC个像素，L和C>2000，各像素为相关的双重采样，并且适于确保电荷电压转换；以及2C个并行化模数转换(或ADC)元件，各转换元件转而包括输出具有低电平和高增益的第一ADC和输出具有高电平和低增益的第二ADC，光学系统具有根据仰角控制的焦距，该焦距在赤道平面中最长，并且具有0.9至1.6的数值孔径，计算器包括：利用根据探测器的温度和暴露时间适配的校正表来校正探测器的不均匀性的校正装置，针对几个相邻像素的加权求和装置；用于使所捕捉图像的动力学适应场景的动力学的装置；用于根据随着场景的光照增大的、探测器的时间噪声压缩所捕捉图像的动力学的装置；用于使所捕捉图像的动力学适应显示器的动力学和/或眼睛的动力学的装置。
-计算器包括：用于根据周边环境条件控制探测器的暴露时间、增益以及图像速率的装置；用于根据系统或显示装置的移动稳定图像的装置；用于探测场景的新暴露区域，用于探测并跟踪场景中的事件和移动，用于将来自其他接口的信息嵌入所显示的图像中的装置。
-光学系统包括具有不如半球形场广阔的场的多个物镜。
-传感器包括各装配有光学器件的多个探测器，光学器件的组形成光学系统。
本公开还涉及一种包括如之前公开的光电系统的平台。
根据具体实施方式，平台包括以下特征中的一个或多个，这些特征单独考虑或根据任意技术上可以的组合来考虑：
-光电系统是独特的。
-平台具有壁，支架定位在壁上。
-平台是包括炮塔的交通工具，支架定位在炮塔上。
【附图说明】
本发明的其他特征和优点将在阅读本发明的实施方式的以下描述时显现，以下描述仅作为示例并且参照附图而做出，附图中：
图1是设置有示例性光电系统的交通工具的示意图；和
图2是图1的光电系统的示意侧视图。
【具体实施方式】
图1示出了交通工具10。
交通工具10是陆上交通工具。
例如，交通工具10是军用型交通工具，诸如坦克。
这种交通工具10适于具有多个武器并保护安置在交通工具10内部的至少一个操作员。
根据所述示例，交通工具10设置有炮塔12，光电系统14的一部分定位在炮塔上。
例如，炮塔12还设置有发射大炮16。
交通工具10包括将内部空间20与外部空间22划界的壁18。
更具体地，在军用背景下，因为内部空间是操作员将在其中移动的空间，而外部空间22是安全取决于所考虑周边环境而更难以保证的操作战区，所以内部空间20是要固定的空间。
壁18由足够牢固以形成交通工具10的装甲的材料制成，交通工具10不得不承受射击。
参照图2更具体地描述光电系统14。
为了方便起见，限定方向。
与壁18正交的方向在图2中由轴线Y来符号化。该方向对应于相对方位方向，并且在描述的剩余部分中将被称为相对方位方向Y。
第一横向也被限定为位于图2的平面中，第一横向垂直于相对方位方向。该方向在图2中由轴线X来符号化。该方向对应于仰角方向，并且在描述的剩余部分中将被称为仰角方向X。
在图2中还限定由轴线Z符号化的第二横向。第二横向Z垂直于相对方位方向Y和仰角方向X。
光电系统14包括光电头24、支架26以及半球形观察装置28。
光电头24是用于观察交通工具10的外部空间22的环境的一部分的光电头24。
光电头24例如包括能够捕捉黑白和/或彩色的可见光的相机、红外相机、测距仪或指示器。由光电头24收集的视频和数据借助于模拟和/或数字信号发送到交通工具10的内部。
从这个意义上来说，光电头24是具有间接视图的光电头24，即，经由屏幕提供视图的光电头24，该屏幕承担在屏幕上观察场景所涉及的所有元件的操作。
支架26定位在炮塔12上。
支架26可围绕第一轴线Y1移动，第一轴线Y1平行于相对方位方向Y。
支架26旨在保持光电头24可相对于第二轴线X2移动。光电头24被安装为围绕第二轴线X2在支架26上旋转。
根据所例示的示例，第二轴线X2平行于仰角方向X。
支架26包括使得可以对内部空间30划界的壁。
支架26包括两个侧臂32、34和底座36。
两个侧臂32、34和底座36被设置为形成大致U形部。
在图2的具体示例中，两个侧臂32、34完全相同。
两个侧臂32、34中的每一个位于光电头24的任一侧上，以提供光电头24的维护。
各个侧臂32、34主要沿着相对方位方向Y延伸。
各侧臂32、34的壁由合金制成，该合金具有铝或任意其他材料的基础。
针对各个侧臂32、34，限定被称为侧空间38的内部空间30。
根据所例示示例，各侧臂32、34具有大致平行六面体形状。
底座36具有两部分：连接两个侧臂32、34的中心部40和具有壁18的界面连接部42。
中心部40被挖空，使得还可以对于中心部40限定中心体积44。
因此，在当前情况下，支架26的内部空间是侧体积38和中心空间44的和。
界面连接部42是机械界面，根据图2的情况，该机械界面具有圆柱形状，该圆柱形状具有被挖空的中心部40，界面连接部42为内部空间46划界。
界面连接部42支撑为内部空间46划界的界面48。界面的形状被选择为适应光电头24的形状。
由界面42的内部空间46和中心部40的中心空间44的和划界的体积包括马达、旨在命令马达的解析器、以及电旋转接头和/或光纤，该电旋转接头和/或光纤能够在光电头24与交通工具10的内部之间传输信号或数据。
马达能够驱动支架26相对于壁18围绕第一轴线Y1的旋转移动。
根据实施方式，界面连接部42是静止的或是升降部。在图2的情况下，界面连接部42是静止的。
半球形观察装置28包括机械界面50、传感器52、计算器54、显示单元56以及人机界面58。
机械界面50紧固在旋转支架26上。
机械界面50固定到旋转支架26。
在所提出的示例中，机械界面50紧固在各侧臂32、34上。
根据图2的示例，机械界面50包括五部分：第一端部60、第一过渡部62、中间部64、第二过渡部66以及第二端部68。
第一过渡部62将第一端部60连接到中间部64，而第二过渡部66将第二端部68连接到中间部64。
各端部连接到相应侧臂32、34。
传感器52能够探测交通工具10的周边环境的一部分的图像。
传感器52由保持杆紧固在机械界面50的中间部64上。为了这些附图的清楚起见，附图中未示出这些杆。
例如，传感器52由三个保持杆紧固。
在所述示例中，保持杆以120°均匀分配。
如果中间部64被固定到支架26，传感器52固定到支架26。
传感器52对应于光电系统14的最高点。传感器52与壁18之间沿着轴线Z的距离使得可以限定光电系统14的高度。在所述示例中，光电系统14的高度小于1米。
传感器52包括具有半球形场的光学系统72和探测器74。
根据一个变型例，传感器52包括各装配有光学器件的多个探测器74，光学器件的组形成具有半球形场的光学系统72。
在所例示的情况下，光学系统72具有覆盖大于或等于半球的环形范围，该环形范围的轴线被定向为朝向顶点。
因为该原因，光学系统72胜任具有“半球形场”的光学系统72。该表达意指被光学系统72覆盖的场大于或等于半球。有时使用术语“超半球场”来指代该概念。
光学系统72具有大开口。
光学系统72在场中具有可变分辨率。
根据一个特定实施方式，为了在特定角域中(例如在赤道平面中)提供增强分辨率，以增大光学器件的范围，光学系统72具有主扭曲。
例如，光学系统72包括鱼眼镜头(简称为鱼眼)或具有4.5mm(毫米)的焦距和12个像素每度的海普冈(hypergon)镜头。光学系统72然后包括如之前描述为覆盖360°场的一个或两个镜头。
根据另一个示例，光学系统72包括具有不如半球形场广阔的场的多个物镜。作为例示，光学系统72是三个鱼眼镜头的组，各镜头具有8mm的焦距和120°内的每度21个像素。
根据又一个示例，光学系统72是具有使得可以覆盖360°场的非常大扭曲的光学器件，其具有沿着仰角的可变径向分辨率，可变径向分辨率的范围可以从20到22个像素/°或更多。
探测器74是使得可以限定像素的光电探测器的矩阵。
探测器74位于光学系统72的焦平面中。
例如，探测器74是以25Hz运行的4T COMS矩阵(在像素中具有4个晶体管)或更多，其具有低噪声(小于2个电子)和高动力学(大于80dB)。
各像素具有相关的双重抽样，并且在各像素中进行电荷电压转换，这确保探测器74具有非常低的噪声级和高瞬时动力学。
此外，例如从短于10ps的持续时间到40ms的持续时间的暴露(或积分)时间的监测允许探测器74日夜运行。在夜间气氛中，在非常低的等级下，为了提高产生的图像的信噪比，可以将暴露时间增加到例如100ms，并且将图像速率降至例如10Hz。
计算器54适于处理传感器52为了获得与交通工具10的周边环境有关的信息而可以探测的图像。
通常，计算器54可以处理具有几吉比特每秒的大小的数据。
由此，计算器54能够以大于或等于1吉比特每秒的速度运行。
在所述示例中，在计算器54可以获得的信息当中，有移动目标探测信息、激光报警探测信息以及导弹发射探测信息。
计算器54处于内部空间中。
更具体地，计算器54处于底座36的内部空间中，因此定位在旋转接头之前。
显示单元56可以显示由计算器54处理的图像。
显示单元56定位在内部空间20中。
人机界面58允许操作员控制半球形观察装置28。
人机界面58定位在内部空间20中。
根据图2的示例，组合了显示单元56和人机界面58。
现在将描述光电系统14的操作。
在操作期间，光电系统14具有若干功能：一方面，归因于光电头24，光电系统14使得可以通过使用不同相机观察场景的一部分，这些相机能够产生归因于不同相机的不同光谱带中的图像，例如，可见光谱中和红外(波长在800纳米与14微米之间的辐射)中。相机具体使得可以产生以下域中的图像：NIR、SWIR、IR2(3微米至5微米的波长)和IR3(7.5微米至14微米的波长)。
当操作员命令维持光电头24的支架围绕第一轴线Y1的旋转时，支架26旋转，并且观察者可以观察场景的另一部分。
此外，归因于半球形观察装置28，计算器54具有与交通工具10的周边环境有关的另外信息。在当前情况下，计算器54能够提供具有75°至-15°的仰角(或在高仰角更多且在低仰角更小)的实时360°图像，图像的各点被精确地参考。计算器54还能够提供移动目标探测信息、激光报警探测信息以及导弹发射探测信息。
半球形观察装置28的具体定位提供在不隐藏的情况下观察交通工具10的周边环境的半球形观察装置28的可能性。具体地，半球形观察装置28是交通工具10的最高点，这限制了被交通工具10的其他元件隐藏。
此外，这种定位使得可以更佳地覆盖离轴光照，这导致改善的激光报警探测。
定位在旋转支架26上还确保传感器52的旋转稳定化(相对方位上的机械强制同步)。由此，大幅减少由于交通工具10或炮塔12的旋转移动引起的图像的卷动现象。
所提出的光电系统14包括单个半球形观察装置28，这避免定位多个半球形观察装置。
这导致交通工具10上的增大空间以及重量方面的收益。
此外，这避免必须融合来自半球形观察装置的图像的难度。
光电系统14包括单个计算器54，这简化信息传递。具体地，所有信息集中在单个地点中。信息传递的简化意味着要进行的连接的减少，这也导致用于交通工具10的重量方面的收益。
由此，光电系统14能够以高刷新频率运行。
计算器54还访问另外信息，即，旋转支架26的位置，这使得可以优化由光电系统14提供的信息的质量。
计算器54的位置还使得可以大幅减少光电系统14的热能标记。
旋转支架26上的位置还准予使光学系统72旋转以使环境的区域可见的可能性，该区域可能被传感器52的保持杆隐藏。
使传感器52在相对方位中旋转的可能性使得可以考虑使用这种可能性的其他实施方式。
例如，旋转支架26的缓慢旋转相对方位使得可以考虑与用于半球形观察装置28的轴线有关的超分辨率技术。
这使得可以进一步提高由计算器54提供的信息的质量。
根据另一个示例，光电系统14设置有独立于旋转支架26的防护护罩。
护罩是保护光学系统72同时在不隐藏的情况下仅留下光学系统72的防护护罩。护罩的防护使得可以免受由爆炸产生的碎片或所发射子弹。应注意，护罩还使得可以减少光电系统14的热能标记。
对于该护罩，根据一个特定实施方式，还可以使用光学器件的旋转。由此，光电系统14设置有用于清洁半球形观察装置28的系统，该清洁装置包括喷嘴，该喷嘴定位在护罩上。
喷嘴静止，并且例如能够发送水注。
在变型例中，喷嘴能够发送空气喷射。
光学系统72的清洁通过使支架旋转来进行。
对于所提出的光电系统14，还可以考虑其他实施方式。
根据一个实施方式，光学系统72包括单个鱼眼镜头。这使得可以简化连接并使用更简单的图像处理操作。
根据另一个实施方式，光学系统72包括多个单独光学器件。
此外，光电系统14能够在多个光谱带上运行，例如，在可见光谱中和在红外(波长在800纳米至14微米之间的辐射)中。例如，光电系统14在以下光谱带上工作。NIR、SWIR、IR2(3微米至5微米的波长)和IR3(7.5微米至14微米的波长)。为此，光电系统14例如包括在第一光谱带上工作的传感器52和在第二光谱带上工作的光电头24，第二光谱带与第一光谱带分开。
根据又一个实施方式，光电系统14包括使得可以确保被动成像的两个部件和用于主动成像的部件。
在各个所述实施方式中，光电系统14能够提供与交通工具10的环境有关的信息，具体为精确参考各点的、具有75°至-15°(或更多)的实时360°图像、移动目标探测信息、激光报警探测信息以及导弹发射探测信息。光电系统14还容易实施。
所提出的光电系统14可用于无装甲交通工具、船、直升机、飞机或建筑物上。之前的示例使用一般术语“平台”来共同指代。
通常，平台包括支架26定位在上面的壁18。当平台包括壁18与用于平台的最高位置对应的部分时，支架26有利地定位在所述壁部18上，以受益于最清楚的可能视场。在所述示例中，壁部对应于炮塔12。
本发明覆盖上述实施方式的所有技术上可能的组合。

Claims (12)

1.一种用于平台的光电系统(14)，所述光电系统(14)包括：
-支架(26)，其可以围绕第一轴线(Y1)旋转，所述支架(26)限定内部空间(30)；
-光电头(24)，用于观察所述平台的周边环境的一部分，所述光电头(24)被安装为使得它围绕第二轴线(X2)旋转，所述第二轴线(X2)垂直于所述第一轴线(Y1)；
-半球形观察装置(28)，其包括：传感器(52)，所述传感器具有光学系统(72)，所述光学系统具有至少半球形场，所述传感器(52)能够探测所述平台的周边环境的一部分的图像；和计算器(54)，所述计算器用于处理所述传感器(52)探测的图像，所述计算器(54)在所述内部空间(30)中，并且所述传感器(52)固定到所述支架(26)。
2.根据权利要求1所述的光电系统，其中，所述传感器(52)被定位在机械界面(50)上，所述机械界面(50)被紧固在所述支架(26)上。
3.根据权利要求2所述的光电系统，其中，所述支架(26)包括两个侧臂(32、34)和底座(36)，所述机械界面(50)紧固在各侧臂(32、34)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电系统，其中，所述计算器(54)能够提供移动目标探测信息、激光报警探测信息以及导弹发射探测信息。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光电系统，其中，所述光电系统(14)设置有独立于所述支架(26)的防护护罩。
6.根据权利要求5所述的光电系统，其中，所述光电系统(14)设置有用于清洁所述半球形观察装置(28)的装置，所述清洁装置包括喷嘴，所述喷嘴定位在所述护罩上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光电系统，其中，所述计算器(54)能够以大于1吉比特每秒的速度运行。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光电系统，其中，所述光学系统(72)包括具有不如半球形场广阔的场的多个物镜。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的光电系统，其中，所述传感器(52)包括各装配有光学器件的多个探测器(74)，所述光学器件的组形成所述光学系统(72)。
10.一种平台，包括根据权利要求1至9中任一项所述的光电系统(14)。
11.根据权利要求10所述的平台，其中，所述光电系统(14)是独特的。
12.根据权利要求10或11所述的平台，所述平台为包括炮塔(12)的交通工具(10)，所述支架(26)定位在所述炮塔(12)上。
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