CN205067865U - 一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置、俯仰拼接装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置、俯仰拼接装置。包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的反射镜组及探测器；反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；反射镜组还包括一个用于控制多孔旋转反射镜旋转运动的电机；多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；多孔旋转反射镜为圆形；多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜。本实用新型提供了一种减少探测器数量、节约生产成本的外视场拼接装置、俯仰拼接装置。
Description
技术领域
本实用新型属于靶场光电测量技术领域，涉及实现在大视场覆盖范围内对多目标的测量，具体涉及一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置/俯仰拼接装置。
背景技术
在光电靶场测控领域，随着测量技术的发展，对成像系统的要求也越来越高。在对目标测量时，由于被测目标速度快、数量多、所覆盖的视场范围大，而图像传感器的尺寸受到加工工艺的限制不可能做到很大，且要兼顾系统的作用距离要求，因此应用单台的高速摄像机不能拍摄到完整的画面并提供更多的细节，需要采用视场拼接技术，以达到扩大视场、提高分辨率的目的。
视场拼接一般可分为两种类型，一类为内拼接，又称像方拼接；另一类为外拼接，又称物方拼接。
内拼接又有多种形式，可以在第一像面上用多个面阵图像探测器直接拼接，称直接拼接法；也可以在第一像面后借助于光学零件，将视场的不同部分成像到各自的面阵图像探测器上进行视场拼接，称光学拼接法。这两种拼接形式都存在一定缺陷。直接拼接法的缺点：首先，必须研制特殊图像探测器，不能应用市场上采购的器件，依据拼接需求图像探测器的一个或两个端边不能有引出导线，而且此端边的几何形状和尺寸精度应符合直接拼接的要求，否则会造成探测器之间会产生缝隙，导致焦平面像素缺失图像出现盲区；其次，由于光学镜头视场很大，视场中心到视场边缘很可能有很大的渐晕，导致像面照度明显不均匀；再次，用这种方法拼接方阵时，最多只能用4块，实现“田”字型拼接。光学拼接法的缺点：用半透半反棱镜进行拼接首先是能量利用率低，一级分光能量的最大利用率为50％，二级分光能量的最大利用率仅仅为25％；其次，分光次数越多，要求光学镜头的后截距越长，有时这种结构要求是无法实现的。
外拼接是将多个镜头按照精密计算的角度进行拼接，将多个小视场拼接成一个大的视场，每个镜头都对应一个探测器，成为具有大视场覆盖的多目标测量系统。
在红外波段内，制冷型探测器其焦平面放置在杜瓦瓶内并封装，因此焦平面的直接拼接法不合适；此外，采用棱镜进行拼接的光学拼接法会减低能量的利用率，且要求光学镜头具有较长的后截距，考虑到制冷型红外光学系统要实现冷屏匹配的问题，有时这种要求很难实现，因此该方法也不可取。
以上所有拼接方法，都不能减少探测器的使用数量，因此无法从根本上大幅度减少生产成本，尤其是制冷型红外探测器，其造价相对昂贵。
实用新型内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本实用新型提供一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置/俯仰拼接装置，有效的解决了现有拼接装置造价昂贵、拼接不合适的技术问题。
本实用新型的技术解决方案为：一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置，其特殊之处在于：包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的反射镜组及探测器；上述反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；上述反射镜组还包括一个用于控制多孔旋转反射镜旋转运动的电机；上述多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；上述多孔旋转反射镜为圆形；上述多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜；
上述分时曝光控制单元用于控制电机使多孔旋转反射镜旋转速度与制冷型红外系统曝光时间同步；当光通过多孔旋转反射镜相应位置为孔时，由固定反射镜曝光；当光通过多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，由多孔旋转反射镜曝光；
上述入射光经固定反射镜与多孔旋转反射镜分时曝光后将光信号分时成像在探测器上。
一种基于制冷型红外系统的外视场俯仰拼接装置，其特殊之处在于：包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的多层反射镜组及探测器；上述多层反射镜组由至少两个反射镜组叠放而成；上述反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；上述多层反射镜组还包括一个用于控制反射镜组多孔旋转反射镜旋转运动的电机；上述多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；上述多孔旋转反射镜为圆形；上述多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜；
上述分时曝光控制单元用于控制电机使多孔旋转反射镜旋转速度与制冷型红外系统曝光时间同步；当光通过多孔旋转反射镜相应位置为孔时，由固定反射镜曝光；当光通过多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，由多孔旋转反射镜曝光；
上述入射光经固定反射镜与多孔旋转反射镜分时曝光后将光信号分时成像在探测器上。
本实用新型的优点是：本实用新型与一般的外视场拼接方法相比，这种拼接方法最大的优点是减少了探测器的使用数量，从而大大节约了生产成本。此外，这种外视场拼接方法其拼接误差只与像元搭接误差有关，与共面度误差、平行度误差无关。
附图说明
图1为本实用新型外视场拼接原理图；
图2(a)为本实用新型外视场拼接出现误差时的原理图；
图2(b)为本实用新型外视场拼接正确原理图；
图3为本实用新型外视场拼接效果图；
图4为本实用新型多孔旋转反射镜结构图。
具体实施方式
参见图1-4，一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置，包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的反射镜组及探测器；反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；反射镜组还包括一个用于控制多孔旋转反射镜旋转运动的电机；多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；多孔旋转反射镜为圆形；多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜；分时曝光控制单元用于控制电机使多孔旋转反射镜旋转速度与制冷型红外系统曝光时间同步；当光通过多孔旋转反射镜相应位置为孔时，由固定反射镜曝光；当光通过多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，由多孔旋转反射镜曝光；入射光经固定反射镜与多孔旋转反射镜分时曝光后将光信号分时成像在探测器上。
一种基于制冷型红外系统的外视场俯仰拼接装置，包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的多层反射镜组及探测器；多层反射镜组由至少两个反射镜组叠放而成；反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；多层反射镜组还包括一个用于控制反射镜组多孔旋转反射镜旋转运动的电机；多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；多孔旋转反射镜为圆形；多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜；分时曝光控制单元用于控制电机使多孔旋转反射镜旋转速度与制冷型红外系统曝光时间同步；当光通过多孔旋转反射镜相应位置为孔时，由固定反射镜曝光；当光通过多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，由多孔旋转反射镜曝光；入射光经固定反射镜与多孔旋转反射镜分时曝光后将光信号分时成像在探测器上。
本实用新型专利提出的视场拼接方法仍属于外视场拼接范畴，是一种特殊的外视场拼接方法。通过特殊的结构布局以及控制旋转反射镜的转动，对不同视场进行分时曝光，最终实现大视场多目标测量。采用分时曝光技术，多个反射镜共用一个镜头和探测器，实现单镜头多通道凝视监测，该方法结构紧凑，制造工艺简单，加工成本相对较低，真正实现了大视场像面无缝拼接，并且不受图像传感器的限制，因此可实现视场随着图像传感器技术的发展而同步发展。同时，由于反射镜等结构置于光学系统的最前端，制冷型红外光学系统冷屏匹配问题也易于解决。
前述实用新型还可进行扩展，即在结构尺寸允许的情况下，在光学系统前可放置多个多孔旋转反射镜，通过分别控制各旋转反射镜的转速，对应不同曝光时刻的视场分区域采集图像，借助数字图像处理技术，完成大视场图像的拼接，即可实现更大视场的外视场拼接。将前述结构在其上下(或左右)按照一定角度叠放几层即可实现俯仰(或水平)方向的外视场拼接。
本实用新型提供一种新型外视场拼接的方式，如图1所示，在光学系统前依次放置两平面反射镜，第一个反射镜为固定反射镜，第二个反射镜为多孔旋转反射镜，多孔旋转反射镜在电机的驱动下绕轴旋转，旋转轴平行于纸面，当光路2中多孔旋转反射镜的相应位置为孔时，此时由固定反射镜组成的光路1曝光；当光路2中多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，此时由多孔旋转反射镜组成的光路2曝光；如此反复，光路1和光路2交替曝光。这样即将不同视场的目标分时成像在探测器靶面上，从而实现水平(或俯仰)方向的外视场无缝拼接。
本实用新型所述拼接方式存在两种情况，光路1的边缘光线与光路2的边缘光线成一定夹角θ，当此角度设置不当时，在一定的观测距离上会产生视觉盲区(即漏测)，或者浪费光学系统的视场资源。如图2(a)所示，光路1的边缘光线与光路2的边缘光线交于点A，当观测距离在A点以内，即D区域，会造成漏测，此区域为该光学系统的视觉盲区；当观测距离在A点以外，即C区域，会造成光学系统视场资源的浪费。为解决此问题，应使光路1的边缘光线与光路2的边缘光线相互平行，并紧密搭接(既无重叠又无间隙)，如图2(b)所示。
如前所述的拼接系统如在俯仰方向上按一定角度叠放两层相同的结构型式，即可实现在俯仰方向上的外视场无缝拼接，如图3所示，区域1和区域3对应着光路1，区域2和区域4对应着光路2，即实现了由4路光学系统拼接而成的宽画幅。
本实用新型中的多孔旋转反射镜其结构如图4所示，其上均布着扇形孔和扇形反射镜，扇形孔和扇形反射镜具有一致的尺寸，其尺寸由所在位置处光束的口径来确定。在保证光学系统不被拦光的前提下，尽可能使扇形孔(或扇形反射镜)的尺寸小，合理分配固定反射镜、多孔旋转反射镜及光学系统三者之间的轴向距离，并结合实际使用情况，确保重叠区域、交会距离及盲区大小均为最优解，合理选择光路1与光路2之间边缘光线的夹角θ。
Claims (2)
1.一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置，其特征在于：包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的反射镜组及探测器；所述反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；所述反射镜组还包括一个用于控制多孔旋转反射镜旋转运动的电机；所述多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；所述多孔旋转反射镜为圆形；所述多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜；
所述分时曝光控制单元用于控制电机使多孔旋转反射镜旋转速度与制冷型红外系统曝光时间同步；当光通过多孔旋转反射镜相应位置为孔时，由固定反射镜曝光；当光通过多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，由多孔旋转反射镜曝光；
所述入射光经固定反射镜与多孔旋转反射镜分时曝光后将光信号分时成像在探测器上。
2.一种基于制冷型红外系统的外视场俯仰拼接装置，其特征在于：包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的多层反射镜组及探测器；所述多层反射镜组由至少两个反射镜组叠放而成；所述反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；所述多层反射镜组还包括一个用于控制反射镜组多孔旋转反射镜旋转运动的电机；所述多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；所述多孔旋转反射镜为圆形；所述多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜；
所述分时曝光控制单元用于控制电机使多孔旋转反射镜旋转速度与制冷型红外系统曝光时间同步；当光通过多孔旋转反射镜相应位置为孔时，由固定反射镜曝光；当光通过多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，由多孔旋转反射镜曝光；
所述入射光经固定反射镜与多孔旋转反射镜分时曝光后将光信号分时成像在探测器上。
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2014
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