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Abstract

本发明公开了一种可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，包括设置在探测器前方的反射镜框架，陀螺仪和反射镜分别设置在反射镜框架的相平行的陀螺轴和反射镜轴上；陀螺仪设在陀螺轴上悬空框内，反射镜的镜面朝向采集图像的探测器；反射镜框架上还设有与双轴陀螺相连接的角速度传感器；所述的探测器包括固定在探测框架内的可见光探测组件和红外探测组件；探测框架上还设有反射镜补偿控制单元，其信号输出端经PWM驱动模块与驱动电机相连接，并接收角速度传感器发送的检测信号。本发明能够通过反射镜向探测组件进行像移补偿，同时通过锁保护对其进行保护，减少冲击、振动对镜头的干扰。

Description

一种可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置
技术领域
本发明属于飞行探测技术领域，涉及一种可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置。
背景技术
近些年来，随着包括无人机在内的飞行技术的蓬勃发展，无论在国民经济领域还是在国防军事上其重要性日益突出；其中飞行拍摄或者航拍是其中重要的应用之一。不同温度的物体在红外波段有明显特征，温度越低，颜色越深。红外光学系统探测的的是目标的自身辐射，相比可见光光学系统，具有全天候观测、不受环境影响、穿透力强的优点。比如采用无人机红外与可见光同步遥感技术进行环境监察，可以有效地检查出河流两岸隐蔽在草丛中的正在排水的暗口。
但是一个迫切需要解决的问题在于，在飞行连续拍摄时，随飞行抖动翻滚，因此需要拍摄视轴的稳定。用三维框架稳定是很多产品所采取的方案，三维稳定非常复杂，适用于大型高价值设备，如平台式惯导系统等，通常的摄像或拍照稳定系统难以承受。
像移补偿是摄影装置在曝光过程中补偿被摄景物的像与感光面之间的相对运动的技术。这种相对运动称为像移，会导致所得到的像模糊，用摄影机拍摄运动着的物体，或从行驶的车、船或飞行中的飞行器上进行拍摄，都会产生像移。尤其在航空摄影中，因装载航空摄影设备的飞行器始终处于运动状态，而成像又需时间长度有限的曝光，所以影像与感光之间必然会有相对运动。为了减小或消除这种相对运动，就需要进行像移补偿，在航空摄影中像移补偿是提高影像质量的重要措施。而且航空摄影除了差速导致的像移，还存在旋转、翻滚等可能导致的其他方向的像移。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，能够通过反射镜向探测组件进行像移补偿，同时通过锁保护对其进行保护，减少冲击、振动对镜头的干扰。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，包括设置在探测器前方的反射镜框架，陀螺仪和反射镜分别设置在反射镜框架的相平行的陀螺轴和反射镜轴上；陀螺仪设在陀螺轴上悬空框内，反射镜的镜面朝向采集图像的探测器；
在反射镜框架的一侧陀螺轴、反射镜轴还通过转轮、钢带传动机构相连接，陀螺轴还通过传输带与驱动电机的输出轴相连接；反射镜框架上还设有与双轴陀螺相连接的角速度传感器；
所述的探测器包括固定在探测框架内的可见光探测组件和红外探测组件；探测框架上还设有反射镜补偿控制单元，其信号输出端经PWM驱动模块与驱动电机相连接，并接收角速度传感器发送的检测信号。
当探测器拍摄曝光时间不足时，反射镜补偿控制单元通过PWM驱动模块向驱动电机发出驱动指令，通过陀螺轴、反射镜轴带动反射镜向载体飞行的反方向旋转进行像移补偿或视轴补偿，将视轴驻留在场景或目标物上；
当反射镜框姿态变化时陀螺仪将探测到悬空框产生的角速度，所述的角速度传感器将检测的信号反馈给反射镜补偿控制单元；反射镜补偿控制单元根据角速度反馈信号调整驱动指令；
像移补偿或视轴补偿时间结束，则反射镜补偿控制单元向驱动电机发出驱动指令，带动反射镜向载体飞行的方向加速旋转，恢复到像移补偿或视轴补偿前的视轴位置；
所述陀螺轴、反射镜轴是以1/2的传动比通过转轮、钢带传动机构相连接，当陀螺轴相对于载体转动时，钢带传动机构带动反射镜轴转动一半的角度，使反射镜的视轴在惯性空间保持稳定的效果。
所述的反射镜框架包括设有转轴的横臂和其两侧设置的音叉型纵臂，音叉型纵臂之间设有相平行的陀螺轴和反射镜轴；其中陀螺轴上设有呈方型的悬浮框架，用于安装陀螺仪。
所述的反射镜固定框上设有闭锁销，其上设有限位块；探测框上开设有与闭锁销相匹配的闭锁孔，闭锁孔内还设有与限位块相匹配的定位环槽，定位环槽的后侧设有弹簧。
所述的反射镜固定框与探测框的闭锁、解锁为：
闭锁销伸入闭锁孔中，限位块被定位环槽卡住，实现射镜固定框与探测框的闭锁；
当反射镜固定框受到足够冲击时，惯性带动闭锁销冲破定位环槽对限位块的限制，限位块压缩弹簧；被压缩的弹簧回弹，将闭锁销从闭锁孔中推出，弹簧被限制在闭锁孔内，实现实现射镜固定框与探测框的解锁。
所述的反射镜固定框与探测框解锁后，反射镜轴由俯仰电机、横滚电机提供的电机力矩保持稳定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，通过在探测器前方设置由电机驱动的、可自由转动的反射镜，在热像或可见光需要进行曝光补偿时，或在该时机到来前，由控制单元控制驱动电机使反射镜进入补偿扫描运动状态，在反射镜达到平稳的补偿角速度期间(40ms)，触发相机的曝光(20ms)，完成曝光补偿。
本发明还通过基于闭锁销、闭锁孔的闭锁机构的锁定来保障反射镜组件在达到拍摄位置前避免损伤；而在飞行受到较大的冲击力时，基于闭锁销、闭锁孔的闭锁机构依靠惯性冲量解锁，恢复反射镜组件的二维自由度运动，所采用悬臂及缓冲结构避免了飞行对探测器和镜头的干扰。
附图说明
图1为本发明的反射镜光路示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的反射镜机构结构示意图之一；
图4为本发明的反射镜机构结构示意图之二；
图5为本发明的反射镜机构固定示意图；
图6为光轴固定在3.6°时的示意图；
图7为光轴固定在7.2°时的示意图；
图8为反射镜角速度随时间变化曲线；
图9为反射镜角度随时间变化曲线。
其中，1为整流罩，2为红外探测组件，3为反射镜，4为反射镜横滚轴，5为载体横滚轴，6为可见光探测组件，7为驱动电机，8为陀螺轴，9为反射镜框架，10为反射镜轴，11为角速度传感器，12为陀螺仪，13为闭锁销，14为定位环槽，15为探测框架。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，本发明在探测器前方设置可自由转动的反射镜，在热像或可见光需要进行曝光补偿时，或在该时机到来前，由控制单元控制驱动电机使反射镜进入补偿扫描运动状态，在反射镜达到平稳的补偿角速度期间(40ms)，触发相机的曝光(20ms)，完成曝光补偿。
参见图2-图5，本发明提供的可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，包括设置在探测器前方的反射镜框架，陀螺仪和反射镜分别设置在反射镜框架的相平行的陀螺轴和反射镜轴上；陀螺仪设在陀螺轴上悬空框内，反射镜的镜面朝向采集图像的探测器；
在反射镜框架的一侧陀螺轴、反射镜轴还通过转轮、钢带传动机构相连接，陀螺轴还通过传输带与驱动电机的输出轴相连接；反射镜框架上还设有与双轴陀螺相连接的角速度传感器；
所述的探测器包括固定在探测框架内的可见光探测组件和红外探测组件；探测框架上还设有反射镜补偿控制单元，其信号输出端经PWM驱动模块与驱动电机相连接，并接收角速度传感器发送的检测信号。
进一步的，当探测器拍摄曝光时间不足时，反射镜补偿控制单元通过PWM驱动模块向驱动电机发出驱动指令，通过陀螺轴、反射镜轴带动反射镜向载体飞行的反方向旋转进行像移补偿或视轴补偿，将视轴驻留在场景或目标物上；
当反射镜框姿态变化时陀螺仪将探测到悬空框产生的角速度，所述的角速度传感器将检测的信号反馈给反射镜补偿控制单元；反射镜补偿控制单元根据角速度反馈信号调整驱动指令；
像移补偿或视轴补偿时间结束，则反射镜补偿控制单元向驱动电机发出驱动指令，带动反射镜向载体飞行的方向加速旋转，恢复到像移补偿或视轴补偿前的视轴位置；
进一步的，所述陀螺轴、反射镜轴是以1/2的传动比通过转轮、钢带传动机构相连接，当陀螺轴相对于载体转动时，钢带传动机构带动反射镜轴转动一半的角度，使反射镜的视轴在惯性空间保持稳定的效果。
具体的，所述的反射镜框架包括设有转轴的横臂和其两侧设置的音叉型纵臂，音叉型纵臂之间设有相平行的陀螺轴和反射镜轴；其中陀螺轴上设有呈方型的悬浮框架，用于安装陀螺仪。
进一步的，参见图5所述的反射镜固定框上设有闭锁销，其上设有限位块；探测框上开设有与闭锁销相匹配的闭锁孔，闭锁孔内还设有与限位块相匹配的定位环槽，定位环槽的后侧设有弹簧。
所述的反射镜固定框与探测框的闭锁、解锁为：
闭锁销伸入闭锁孔中，限位块被定位环槽卡住，实现射镜固定框与探测框的闭锁；
当反射镜固定框受到足够冲击时，惯性带动闭锁销冲破定位环槽对限位块的限制，限位块压缩弹簧；被压缩的弹簧回弹，将闭锁销从闭锁孔中推出，弹簧被限制在闭锁孔内，实现实现射镜固定框与探测框的解锁。
所述的反射镜固定框与探测框解锁后，反射镜轴由俯仰电机、横滚电机提供的电机力矩保持稳定。
对于反射镜控制单元向俯仰电机或横滚电机发出驱动指令，带动反射镜进行的像移补偿或视轴补偿，下面将其简化为飞行载体为逆时针旋转、反射镜为顺时针旋转来说明。
飞行载体逆时针旋转，在一定速高比下，带动可见光和热像探测光轴相飞行器成像系统的视轴相对地面景物的扫描过程。
电机驱动反射镜做顺时针旋转，转动时长为40ms，在此期间，飞行器与反射镜转速比为2：1，使得光轴在空间中保持不动。在此40ms时间内，热像或可见光的光轴相对景物静止不动，可完成常时间的曝光拍摄(通常20ms)。
在此过程中，飞行载体一直匀速转动，当摄像机完成拍摄后，补偿反射镜迅速返回到起始位置，在按时间同步要求进行下一循环的反转补偿动作。
还是以顺时针、逆时针旋转来对像移补偿的时序控制进行说明：
飞行载体以36°/s速度匀速旋转，即10s扫描一周，探测器视场为5°，每隔3.6°拍摄一幅图像，拍摄时需要视轴在该位置驻留40ms，为热像仪提供必要的积分时间，因此热像仪在一个圆周内，可拍摄100幅图像，对其拼接，获得全景图像。
反射镜相对物方空间进行步进运动，步进角为3.6°，步进周期为100ms，在没一个步进角度视轴驻留时间为40ms，其余60ms为调整时间。
飞行载体逆时针转动，速度36°/s，反射镜顺时针转动，速度为18°/s，因反射镜的反射角的2倍关系，视轴转角速度可达到速度36°/s，使得视轴在空间静止不动，这个过程持续40ms，探测轴在0°静止的状态。
40ms后飞行载体开始逆时针转动，60ms后，当反射镜逆时针转动到3.6°时，飞行载体逆时针转过1.8°，视轴则转过3.6°，即回到与反射镜的初始相对位置，或称为零位，即视轴从0°跳转到了3.6°，如图6所示，视轴从位置1跳转到位置2，两位置夹角为3.6°。
100ms后，反射镜继续逆时针匀速旋转，飞行载体又开始顺时针扫描，两者相抵，视轴就静止在3.6°处，即位置2处，保持40ms，飞行载体开始逆时针转动，经60ms后，飞行载体回到零位，而反射镜则到达7.2°位置，即位置3处，如图7所示。
反射镜角速度随时间变化曲线则如图8所示，反射镜角度随时间变化曲线则如图9所示。
如此过程，经过100个循环后，就可得到整个圆周的100幅图像。
本装置与飞行器之间由减震螺栓联接，该螺栓与飞行器固联在一起，螺栓与本装置之间有减震橡胶，可吸收飞行器带来的高频振动，实现振动的物理隔离，为图像采集的稳定创造条件。飞行中所受的冲击是前进方向，由固定联盘传递而来，在冲击时有强度不高的切向分量。光学器件被固定在固定框内，抗冲击能力较强，并进一步在固定框外侧包覆橡胶、海绵片等塑性变形结构来吸收来冲击力。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，其特征在于，包括设置在探测器前方的反射镜框架，陀螺仪和反射镜分别设置在反射镜框架的相平行的陀螺轴和反射镜轴上；陀螺仪设在陀螺轴上悬空框内，反射镜的镜面朝向采集图像的探测器；
在反射镜框架的一侧陀螺轴、反射镜轴还通过转轮、钢带传动机构相连接，陀螺轴还通过传输带与驱动电机的输出轴相连接；反射镜框架上还设有与双轴陀螺相连接的角速度传感器；
所述的探测器包括固定在探测框架内的可见光探测组件和红外探测组件；探测框架上还设有反射镜补偿控制单元，其信号输出端经PWM驱动模块与驱动电机相连接，并接收角速度传感器发送的检测信号。
2.如权利要求1所述的可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，其特征在于，当探测器拍摄曝光时间不足时，反射镜补偿控制单元通过PWM驱动模块向驱动电机发出驱动指令，通过陀螺轴、反射镜轴带动反射镜向载体飞行的反方向旋转进行像移补偿或视轴补偿，将视轴驻留在场景或目标物上；
当反射镜框姿态变化时陀螺仪将探测到悬空框产生的角速度，所述的角速度传感器将检测的信号反馈给反射镜补偿控制单元；反射镜补偿控制单元根据角速度反馈信号调整驱动指令；
像移补偿或视轴补偿时间结束，则反射镜补偿控制单元向驱动电机发出驱动指令，带动反射镜向载体飞行的方向加速旋转，恢复到像移补偿或视轴补偿前的视轴位置。
3.如权利要求1所述的可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，其特征在于，所述陀螺轴、反射镜轴是以1/2的传动比通过转轮、钢带传动机构相连接，当陀螺轴相对于载体转动时，钢带传动机构带动反射镜轴转动一半的角度，使反射镜的视轴在惯性空间保持稳定的效果。
4.如权利要求1所述的可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，其特征在于，所述的反射镜框架包括设有转轴的横臂和其两侧设置的音叉型纵臂，音叉型纵臂之间设有相平行的陀螺轴和反射镜轴；其中陀螺轴上设有呈方型的悬浮框架，用于安装陀螺仪。
5.如权利要求1所述的可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，其特征在于，所述的反射镜固定框上设有闭锁销，其上设有限位块；探测框上开设有与闭锁销相匹配的闭锁孔，闭锁孔内还设有与限位块相匹配的定位环槽，定位环槽的后侧设有弹簧。
6.如权利要求5所述的可抗飞行干扰的镜头像移补偿装置，其特征在于，所述的反射镜固定框与探测框的闭锁、解锁为：
闭锁销伸入闭锁孔中，限位块被定位环槽卡住，实现射镜固定框与探测框的闭锁；
当反射镜固定框受到足够冲击时，惯性带动闭锁销冲破定位环槽对限位块的限制，限位块压缩弹簧；被压缩的弹簧回弹，将闭锁销从闭锁孔中推出，弹簧被限制在闭锁孔内，实现实现射镜固定框与探测框的解锁。
7.如权利要求6所述的抗过载的图像采集装置，其特征在于，所述的反射镜固定框与探测框解锁后，反射镜轴由俯仰电机、横滚电机提供的电机力矩保持稳定。
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