CN110971788A - 一种无限旋转式大视场扫描成像系统及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无限旋转式大视场扫描成像系统，通过控制相机进行无限圆锥旋转实现大视场区域扫描的成像系统，包括由子系统和独立相机组成，子系统以机械结构控制两个相机进行圆锥旋转实现对大视场区域的扫描成像，独立相机对中心视场凝视成像，通过拼接三者的视场获得完整的大视场图像，成像质量高，装置体积更小、结构更简单紧凑、集成程度更高、工程实践性更好，本发明还对应提供一种无限旋转式大视场扫描成像系统，具有成像质量高、结构简单的特点。

Description

一种无限旋转式大视场扫描成像系统及控制系统

技术领域

本发明涉及光电探测领域，特别涉及一种无限旋转式大视场扫描成像系统及控制系统。

背景技术

在进行远距离空中目标捕获时，一种方法是首先使用雷达对目标进行探测，获得目标的方位数据，再使用长焦相机对目标进行捕获成像。然而该方法有一个问题：雷达对目标方位的测量精度低，而长焦相机的视场角度很小，导致长焦相机的视场无法完全覆盖目标可能范围，影响了对目标的准确捕获。

在现有雷达测量精度无法提高的情况下，增大长焦相机的视场角度成为该问题的解决方案。目前现有方案提供了一种外视场拼接成像系统。如图1所示，该系统由多套子系统组成，各子系统的组成和结构相同，系统总视场由各子系统的视场组合而成。图1中R1、R2、R3对应的圆分别为3套子系统视轴在视场中的运动轨迹。图2为子系统简图，子系统通过控制相机做圆锥旋转实现对视场的扫描，该系统控制1号相机对图1中1、2、3、4子视场曝光，2号相机对图中5、6、8、9、11、12、14、15子视场曝光，3号相机对图中7、10、13、16子视场曝光，然后将曝光所得各子图像拼接为整幅大视场图像，实现对大视场区域的连续扫描，但是对目标视场的成像质量不高，装置结构较为复杂。

发明内容

本发明实施例提供了一种无限旋转式大视场扫描成像系统及控制系统，在对目标进行捕获时，可以首先以大视场对目标区域进行扫描，在搜索到目标后控制独立相机对目标进行成像，可以实现对目标的高帧频、高质量成像。

第一方面，本发明提供一种无限旋转式大视场扫描成像系统，包括平行排列设置的独立相机和子系统，所述子系统包括底座、设置在所述底座上的安装架、安装在所述安装架上的驱动组件、与所述驱动组件传动连接的旋转组件，所述旋转组件上包括第一相机、用于支撑所述第一相机的第一楔形支撑块、第二相机、用于支撑所述第二相机的第二楔形支撑块、用于安装所述第一楔形支撑块和所述第二楔形支撑块的旋转轴平板，所述第一楔形支撑块的表面倾斜度和所述第二楔形支撑块的表面倾斜度不同，在进行成像时，所述驱动组件带动所述旋转组件转动，所述独立相机对目标视场的中心区域进行凝视成像得到中心图像，所述第一相机和所述第二相机分别以第一半径和第二半径进行圆锥旋转以对所述目标视场进行连续扫描，分别得到第一扫描图像和第二扫描图像，对所述中心图像、第一扫描图像和所述第二扫描图像进行拼接得到所述目标视场的完整图像。

作为一种可选的方案，所述旋转组件还包括第一压块和第二压块，所述第一楔形支撑块的倾斜面上设有第一半圆孔，所述第一压块将所述第一相机压紧在所述第一半圆孔内，所述第一楔形支撑块的平面与所述旋转轴平板贴合，所述第二楔形支撑块的倾斜面上设有第二半圆孔，所述第二压块将所述第二相机压紧在所述第二半圆孔内，所述第二楔形支撑块的平面与所述旋转轴平板贴合。

作为一种可选的方案，所述第一压块和所述第一相机之间设有第一缓冲件，所述第二压块和所述第二相机之间设有第二缓冲件。

作为一种可选的方案，所述旋转组件还包括与所述旋转轴平板共轴连接的旋转轴，所述驱动组件采用伺服电机，所述旋转轴与所述伺服电机的输出轴固定连接。

作为一种可选的方案，还包括导电滑环，所述导电滑环包括与上位机电连接的导电外环和与数据线连接导电内环，所述数据线与所述独立相机、第一相机和第二相机电连接，所述导电外环设置在所述安装架上，所述导电内环套设在所述旋转轴上，所述导电内环容纳于所述导电外环且电性连接。

作为一种可选的方案，所述安装架具有安装通孔，所述驱动组件通过法兰安装在所述安装通孔的一端上，所述安装通孔的另一端设有轴承安装孔，所述轴承安装孔内设置有深沟球轴承，所述轴承安装孔上安装有轴承盖，所述旋转轴通过所述深沟球轴承支撑在所述安装通孔内。

作为一种可选的方案，所述驱动组件上设有用于检测转动角度的位置传感器，当转动至目标角度时，所述独立相机、所述第一相机或所述第二相机对所述目标视场进行成像。

作为一种可选的方案，所述独立相机、所述第一相机和所述第二相机采用规格相同的长焦相机。

第二方面，本发明提供一种无限旋转式大视场扫描成像控制系统，应用于如上述的无限旋转式大视场扫描成像系统，还包括处理器和上位机，所述处理器根据位置传感器采集旋转轴的旋转角度，当达到目标角度时发出触发信号，触发信号经过导电滑环输送至独立相机、第一相机和/或第二相机，所述独立相机、所述第一相机和/或所述第二相机根据所述触发信号对目标视场进行成像，所述上位机对所述独立相机、所述第一相机和所述第二相机的成像进行拼接得到目标视场的完整图像。

作为一种可选的方案，所述处理器用于在所述旋转轴转动至0°、90°、180°、270°控制所述第一相机进行成像，在所述旋转轴转动至45°、135°、225°、315°控制所述第二相机进行成像，当所述旋转轴再次旋转到0°时控制独立相机进行成像。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供一种无限旋转式大视场扫描成像系统，通过控制相机进行无限圆锥旋转实现大视场区域扫描的成像系统，包括由子系统和独立相机组成，子系统以机械结构控制两个相机进行圆锥旋转实现对大视场区域的扫描成像，独立相机对中心视场凝视成像，通过拼接三者的视场获得完整的大视场图像，成像质量高，装置体积更小、结构更简单紧凑、集成程度更高、工程实践性更好，本发明还对应提供一种无限旋转式大视场扫描成像系统，具有成像质量高、结构简单的特点。

附图说明

图1是现有方案中的外视场拼接成像系统的结构示意图；

图2是现有方案中的外视场拼接成像系统中子系统的示意图；

图3是本发明实施例中的无限旋转式大视场扫描成像系统的结构示意图；

图4是本发明实施例中的无限旋转式大视场扫描成像系统的成像示意图；

图5是本发明实施例中的无限旋转式大视场扫描成像系统中子系统的示意图；

图6是本发明实施例中的无限旋转式大视场扫描成像控制系统的电气框图。

附图标记：第一相机1，第二相机2，第一楔形支撑块3，第二楔形支撑块4，第一压块5，第二压块6，旋转轴平板7，旋转轴8，导电外环9，导电内环10，深沟球轴承11，轴承盖12，法兰13，伺服电机14，数据线15，编码器16，独立相机17，底座18，安装架19。

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3、4和5所示，本发明提供一种无限旋转式大视场扫描成像系统，包括平行排列设置的独立相机17和子系统，所述子系统包括底座18、设置在所述底座18上的安装架19、安装在所述安装架19上的驱动组件、与所述驱动组件传动连接的旋转组件，底座18和安装架19可以组合也可以通过一体成型制作，所述旋转组件上包括第一相机1、用于支撑所述第一相机1的第一楔形支撑块3、第二相机2、用于支撑所述第二相机2的第二楔形支撑块4、用于安装所述第一楔形支撑块3和所述第二楔形支撑块4的旋转轴平板7，所述第一楔形支撑块3的表面倾斜度和所述第二楔形支撑块4的表面倾斜度不同，安装完成后第一相机1和第二相机2的旋转半径会不同，使得在旋转时圆锥顶角不同，在进行成像时，所述驱动组件带动所述旋转组件转动，所述独立相机17对目标视场的中心区域进行凝视成像得到中心图像，所述第一相机1和所述第二相机2分别以第一半径和第二半径进行圆锥旋转以对所述目标视场进行连续扫描，分别得到第一扫描图像和第二扫描图像，对所述中心图像、第一扫描图像和所述第二扫描图像进行拼接得到所述目标视场的完整图像。

如图4所示，R1、R2所对应的圆分别为第一相机1、第二相机2进行圆锥旋转时视轴在目标视场中的轨迹，旋转轴8的旋转0°点位于左侧，第一相机1在旋转轴8转到0°、90°、180°、270°时分别对应4、2、6、8号子视场，第二相机2在45°、135°、225°、315°时分别对应1、3、9、7号子视场，通过控制相机连续旋转实现对目标视场的连续扫描，独立相机17对5号子视场凝视成像。

本发明提供一种无限旋转式大视场扫描成像系统，通过控制相机进行无限圆锥旋转实现大视场区域扫描的成像系统，包括由子系统和独立相机17组成，子系统以机械结构控制两个相机进行圆锥旋转实现对大视场区域的扫描成像，独立相机17对中心视场凝视成像，通过拼接三者的视场获得完整的大视场图像，成像质量高，装置体积更小、结构更简单紧凑、集成程度更高、工程实践性更好。

对于相机和楔形支撑块的连接关系，本实施例中，旋转组件还包括第一压块5和第二压块6，第一楔形支撑块3和第二楔形支撑块4均具有相对设置的倾斜面和平面，斜面用于安装相机，平面用于安装在旋转轴平板7上，具体地，采用压板和半圆孔夹持的方式，第一楔形支撑块3的倾斜面上设有第一半圆孔，所述第一压块5将所述第一相机1压紧在所述第一半圆孔内，所述第一楔形支撑块3的平面与所述旋转轴平板7贴合，所述第二楔形支撑块4的倾斜面上设有第二半圆孔，所述第二压块6将所述第二相机2压紧在所述第二半圆孔内，所述第二楔形支撑块4的平面与所述旋转轴平板7贴合，可以将相机良好稳固的安装在旋转组件上，避免发生脱落。

进一步地，为了提高减震性能，所述第一压块5和所述第一相机1之间设有第一缓冲件，所述第二压块6和所述第二相机2之间设有第二缓冲件，第一缓冲件和第二缓冲件可以保护相机外表面免受划伤等，还可以缓冲挤压，材料可以选择橡胶或泡沫垫等，实现良好的缓冲减震效果。

旋转组件还包括与所述旋转轴平板7共轴连接的旋转轴8，旋转轴平板7具有平行设置的安装面，第一楔形支撑块3和第二楔形支撑块4固定安装在安装面上，旋转轴8采用阶梯轴结构，便于连接轴承等其他配件，驱动组件采用伺服电机14，旋转轴8与伺服电机14的输出轴固定连接，对于固定连接的方式可以采用转接轴或法兰的方式，对此不做限定。

为了使得旋转组件转动过程中数据的传输，本系统还包括导电滑环，所述导电滑环包括与上位机电连接的导电外环9和与数据线15连接导电内环10，所述数据线15与所述独立相机17、第一相机1和第二相机2电连接，所述导电外环9设置在所述安装架上，所述导电内环10套设在所述旋转轴8上，所述导电内环10容纳于所述导电外环9且电性连接，在旋转组件转动过程中，相机采集的图像数据可以通过数据线15经由导电滑环传输至上位机，上位机对图像数据进行拼接处理。

本实施例中，安装架19具有安装通孔，所述驱动组件通过法兰13安装在所述安装通孔的一端上，旋转轴8置于安装通孔内与伺服电机14的输出轴连接，为了减少摩擦，在安装通孔的另一端设有轴承安装孔，所述轴承安装孔内设置有深沟球轴承11，所述旋转轴8通过所述深沟球轴承11支撑在所述安装通孔内，所述轴承安装孔上安装有轴承盖12，深沟球轴承11安装完成后将轴承盖12盖好即可，保护轴承可靠运转。

为了对旋转组件的转动角度进行检测，驱动组件上设有用于检测转动角度的位置传感器，当转动至目标角度时，所述独立相机17、所述第一相机1或所述第二相机2对所述目标视场进行成像，具体地，在旋转到特定角度时由处理器发出触发信号控制相机曝光，触发信号经由导电滑环输送至第一相机1和第二相机2，旋转轴8转动到0点时处理器向独立相机17发一次触发信号对5号子视场曝光，私服电机每旋转一周获得一帧完整的视场图像，因此系统对完整视场图像采集的帧频等于私服电机的旋转速度，相机曝光完成后将图像数据经导电滑环传给上位机，在上位机上完成子图像的拼接，实现3×3视场拼接，本实施例中，位置传感器可以采用编码器16，编码器16固定连接于私服电机右侧并直接连接伺服电机14的转轴上。

使用本发明所述系统在对目标进行捕获时，可以首先以大视场对目标区域进行扫描，在搜索到目标后控制独立相机17对目标进行成像，可以实现对目标的高帧频、高质量成像。

本实施例中，所述独立相机17、所述第一相机1和所述第二相机2采用规格相同的长焦相机，对于长焦相机的选择满足使用需要即可，对此不做限定。

本发明提供一种无限旋转式大视场扫描成像系统，通过控制相机进行无限圆锥旋转实现大视场区域扫描的成像系统，包括由子系统和独立相机组成，子系统以机械结构控制两个相机进行圆锥旋转实现对大视场区域的扫描成像，独立相机对中心视场凝视成像，通过拼接三者的视场获得完整的大视场图像，成像质量高，装置体积更小、结构更简单紧凑、集成程度更高、工程实践性更好。

结合图6所示，本发明提供一种无限旋转式大视场扫描成像控制系统，应用于如上述的无限旋转式大视场扫描成像系统，还包括处理器和上位机，上位机可以采用计算机，处理器可以采用DSP芯片，处理器控制伺服电机14转动，所述处理器根据位置传感器采集旋转轴8的旋转角度，当达到目标角度时发出触发信号，触发信号经过导电滑环输送至独立相机、第一相机1和/或第二相机2，所述独立相机、所述第一相机1和/或所述第二相机2根据所述触发信号对目标视场进行成像，所述上位机对所述独立相机、所述第一相机1和所述第二相机2的成像进行拼接得到目标视场的完整图像，具体地，所述处理器用于在所述旋转轴8转动至0°、90°、180°、270°控制所述第一相机1进行成像，在所述旋转轴8转动至45°、135°、225°、315°控制所述第二相机2进行成像，当所述旋转轴8再次旋转到0°时控制独立相机17进行成像。

本发明提供一种无限旋转式大视场扫描成像控制系统，通过控制相机进行无限圆锥旋转实现大视场区域扫描的成像系统，包括由子系统和独立相机组成，子系统以机械结构控制两个相机进行圆锥旋转实现对大视场区域的扫描成像，独立相机对中心视场凝视成像，通过拼接三者的视场获得完整的大视场图像，成像质量高，装置体积更小、结构更简单紧凑、集成程度更高、工程实践性更好。

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无限旋转式大视场扫描成像系统及控制系统进行了详细介绍，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)

1.一种无限旋转式大视场扫描成像系统，其特征在于，包括平行排列设置的独立相机和子系统，所述子系统包括底座、设置在所述底座上的安装架、安装在所述安装架上的驱动组件、与所述驱动组件传动连接的旋转组件，所述旋转组件上包括第一相机、用于支撑所述第一相机的第一楔形支撑块、第二相机、用于支撑所述第二相机的第二楔形支撑块、用于安装所述第一楔形支撑块和所述第二楔形支撑块的旋转轴平板，所述第一楔形支撑块的表面倾斜度和所述第二楔形支撑块的表面倾斜度不同，在进行成像时，所述驱动组件带动所述旋转组件转动，所述独立相机对目标视场的中心区域进行凝视成像得到中心图像，所述第一相机和所述第二相机分别以第一半径和第二半径进行圆锥旋转以对所述目标视场进行连续扫描，分别得到第一扫描图像和第二扫描图像，对所述中心图像、第一扫描图像和所述第二扫描图像进行拼接得到所述目标视场的完整图像。

2.根据权利要求1所述的无限旋转式大视场扫描成像系统，其特征在于，所述旋转组件还包括第一压块和第二压块，所述第一楔形支撑块的倾斜面上设有第一半圆孔，所述第一压块将所述第一相机压紧在所述第一半圆孔内，所述第一楔形支撑块的平面与所述旋转轴平板贴合，所述第二楔形支撑块的倾斜面上设有第二半圆孔，所述第二压块将所述第二相机压紧在所述第二半圆孔内，所述第二楔形支撑块的平面与所述旋转轴平板贴合。

3.根据权利要求2所述的无限旋转式大视场扫描成像系统，其特征在于，所述第一压块和所述第一相机之间设有第一缓冲件，所述第二压块和所述第二相机之间设有第二缓冲件。

4.根据权利要求1所述的无限旋转式大视场扫描成像系统，其特征在于，所述旋转组件还包括与所述旋转轴平板共轴连接的旋转轴，所述驱动组件采用伺服电机，所述旋转轴与所述伺服电机的输出轴固定连接。

5.根据权利要求4所述的无限旋转式大视场扫描成像系统，其特征在于，还包括导电滑环，所述导电滑环包括与上位机电连接的导电外环和与数据线连接导电内环，所述数据线与所述独立相机、第一相机和第二相机电连接，所述导电外环设置在所述安装架上，所述导电内环套设在所述旋转轴上，所述导电内环容纳于所述导电外环且电性连接。

6.根据权利要求4所述的无限旋转式大视场扫描成像系统，其特征在于，所述安装架具有安装通孔，所述驱动组件通过法兰安装在所述安装通孔的一端上，所述安装通孔的另一端设有轴承安装孔，所述轴承安装孔内设置有深沟球轴承，所述轴承安装孔上安装有轴承盖，所述旋转轴通过所述深沟球轴承支撑在所述安装通孔内。

7.根据权利要求1所述的无限旋转式大视场扫描成像系统，其特征在于，所述驱动组件上设有用于检测转动角度的位置传感器，当转动至目标角度时，所述独立相机、所述第一相机或所述第二相机对所述目标视场进行成像。

8.根据权利要求1所述的无限旋转式大视场扫描成像系统，其特征在于，所述独立相机、所述第一相机和所述第二相机采用规格相同的长焦相机。

9.一种无限旋转式大视场扫描成像控制系统，其特征在于，应用于如权利要求1至7中任一项所述的无限旋转式大视场扫描成像系统，还包括处理器和上位机，所述处理器根据位置传感器采集旋转轴的旋转角度，当达到目标角度时发出触发信号，触发信号经过导电滑环输送至独立相机、第一相机和/或第二相机，所述独立相机、所述第一相机和/或所述第二相机根据所述触发信号对目标视场进行成像，所述上位机对所述独立相机、所述第一相机和所述第二相机的成像进行拼接得到目标视场的完整图像。

10.根据权利要求9所述的无限旋转式大视场扫描成像控制系统，其特征在于，所述处理器用于在所述旋转轴转动至0°、90°、180°、270°控制所述第一相机进行成像，在所述旋转轴转动至45°、135°、225°、315°控制所述第二相机进行成像，当所述旋转轴再次旋转到0°时控制独立相机进行成像。

Images