CN111077624A - 一种连续变焦红外热像仪自动温补调焦控制方法 - Google Patents

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赵祥珺
滑立
石鹏
崔岩
汪江华
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Abstract

本发明涉及一种连续变焦红外热像仪自动温补调焦控制方法,当温度变化较大时，光学镜片的形变会导致光学系统离焦，需要通过调焦镜对光学系统进行补偿才可清晰成像。本发明是针对连续变焦红外热像仪大变倍比、宽温度工作范围的特点，设计的一种自动温补调焦控制技术，采用“粗调+精调”的控制策略，控制流程为：先根据环境温度值和当前视场的焦距值控制调焦电机运动至光学仿真的位置，完成快速粗调；然后根据视频图像计算图像灰度的梯度值，进行快速的自动调焦，完成准确精调。可以满足不同温度下光学大变倍比的使用需求，在连续变焦的全行程内改善图像效果，保证探测器输出的视频信号清晰可靠。

Description

一种连续变焦红外热像仪自动温补调焦控制方法
技术领域
本发明属于自动温补调焦控制技术，涉及一种连续变焦红外热像仪自动温补调焦控制方法,涉及伺服电机三环控制算法、多视频接口电路设计技术、自动调焦算法等。
背景技术
大变倍比光学镜头已经成为连续变焦红外热像仪的一个发展趋势，但是针对宽温度范围的工况，当温度变化较大时，光学镜片的形变会导致光学系统离焦，需要通过调焦镜对光学系统进行补偿才可清晰成像。为方便使用者的操作，减少“手动调焦”的操作，设计了一种连续变焦红外热像仪自动温补调焦控制技术，可以满足不同温度下光学大变倍比的使用需求，在连续变焦的全行程内改善图像效果，保证探测器输出的视频信号清晰可靠。
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，本发明提出一种连续变焦红外热像仪自动温补调焦控制方法,根据环境温度、视场焦距、视频图像等条件因素，实时、快速地控制调焦镜运动，以补偿光学镜片形变带来的误差，使光学系统像点位于探测器焦平面处，保证视频图像清晰稳定。
技术方案
一种连续变焦红外热像仪自动温补调焦控制方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：热像仪上电后，循环查询环境温度和由变倍机构反馈的热像仪焦距实际位置；以焦距F和温度T为索引，按照下表查询得出调焦镜位置目标值P，并控制调焦镜快速运动至目标位置，完成粗调；
不同温度、不同焦距下调焦镜位置仿真值
Figure BDA0002317722250000021
步骤2：当温度变化2℃以上或焦距变化10mm以上时进行温补调焦，所述温补调焦的：控制调焦镜向前运动0.2mm，然后向后运动0.4mm；在此运动期间，间隔0.02mm计算视频灰度的梯度值，计算得出梯度最大值时的调焦镜位置，控制调焦镜运动至梯度最大值时的位置，完成精调。
有益效果
本发明提出的一种连续变焦红外热像仪自动温补调焦控制方法,。当温度变化较大时，光学镜片的形变会导致光学系统离焦，需要通过调焦镜对光学系统进行补偿才可清晰成像。本发明是针对连续变焦红外热像仪大变倍比、宽温度工作范围的特点，设计的一种自动温补调焦控制技术，采用“粗调+精调”的控制策略，控制流程为：先根据环境温度值和当前视场的焦距值控制调焦电机运动至光学仿真的位置，完成快速粗调；然后根据视频图像计算图像灰度的梯度值，进行快速的自动调焦，完成准确精调。可以满足不同温度下光学大变倍比的使用需求，在连续变焦的全行程内改善图像效果，保证探测器输出的视频信号清晰可靠。
本发明的优点是：
(1)本发明可适应不同的连续变焦红外热像仪设计，只需根据光学仿真结果，更改调焦镜位置查询表即可。同时，控制电路板兼容多种视频接口，包括PAL-D、CAMRALINK以及SDI等。因此本发明有着很强的系统适应性。
(2)直流伺服电机的控制采用电流-速度-位置三闭环设计，响应速度快、控制精度高，同时可通过算法实现电机自锁，大大提高了系统的抗震性。
(3)本发明采用“粗调”+“精调”的控制策略，“粗调”可快速锁定调焦镜位置范围，“精调”可精确确定调焦镜位置值。因此，此种控制策略能达到快速、精准的使用目的。
附图说明
图1：连续变焦红外热像仪温补调焦方法流程示意图
图2：实施例连续变焦红外热像仪系统组成示意图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例电路组件：控制电路部件以STM32与FPGA为控制核心，其中STM32主要完成的功能：
A、完成伺服电机电流-速度-位置三闭环算法，实现对电机的精准、快速控制；
B、将不同温度、不同焦距下调焦镜位置仿真值进行数据拟合；
C、完成温度采样及焦距值计算。
FPGA完成视频信号的采集，并将计算得到的视频图像的梯度值通过并行总线发送给STM32。其中控制电路板有PAL-D、CAMRALINK以及SDI等多种视频接口，可满足多种不同视频格式机芯的使用需求。
控制方法流程：
A、热像仪上电后，电路组件循环查询环境温度和热像仪焦距位置的变化；
循环查询环境温度和由变倍机构反馈的热像仪焦距实际位置；以焦距F和温度T为索引，按照下表查询得出调焦镜位置目标值P，并控制调焦镜快速运动至目标位置，完成粗调；
表1不同温度、不同焦距下调焦镜位置仿真值(镜头本身)
Figure BDA0002317722250000041
B、当温度变化2℃以上或焦距变化10mm以上时进入C，否则回到A；
C、温补调焦的“粗调”：根据光学系统仿真结果，以“焦距”和“温度”为索引，查询得出调焦镜位置目标值，并控制调焦镜快速运动至目标位置，完成粗调，进入D；
D、温补调焦的“精调”：控制调焦电机向前运动0.2mm，然后向后运动0.4mm(在此运动期间计算视频灰度的梯度值)，计算得出梯度最大值时的调焦镜位置，控制调焦镜运动至梯度最大值时的位置，完成精调。

Claims (1)

1.一种连续变焦红外热像仪自动温补调焦控制方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：热像仪上电后，循环查询环境温度和由变倍机构反馈的热像仪焦距实际位置；以焦距F和温度T为索引，按照下表查询得出调焦镜位置目标值P，并控制调焦镜快速运动至目标位置，完成粗调；
不同温度、不同焦距下调焦镜位置仿真值
Figure FDA0002317722240000011
步骤2：当温度变化2℃以上或焦距变化10mm以上时进行温补调焦，所述温补调焦的：控制调焦镜向前运动0.2mm，然后向后运动0.4mm；在此运动期间，间隔0.02mm计算视频灰度的梯度值，计算得出梯度最大值时的调焦镜位置，控制调焦镜运动至梯度最大值时的位置，完成精调。
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