CN205228782U - 一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种动态场景模拟装置，特别涉及一种具有移动性的可见光/红外双波段动态场景模拟装置，属于动态场景仿真技术领域。该装置包括：计算机图像生成系统、可见光动态场景生成器、红外动态场景生成器、可见光/红外复合系统、投影光学系统、三轴位移台、电控子系统、环境控制子系统及移动升降车。本实用新型所述装置具有可移动性，且含有两个波段的辐射特征，可为被测复合成像器件提供清晰、逼真的目标及背景图像。该装置体积小巧、安放于移动升降车上，可实现在不同实验地点间的方便运输，不同测试环境完成测试工作。模拟装置在移动升降车上以一个整体单元的形式出现，在转移过程完成后，无需对模拟装置进行重新标校，使用极为方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种动态场景模拟装置，特别涉及一种具有移动性的可见光/红外双波段动态场景模拟装置，属于动态场景仿真技术领域。
背景技术
成像系统半实物仿真技术是成像系统研制的关键技术，可用于评价成像系统的工作特性，以缩短产品的研制周期、节省产品的研制经费。
近年来，可见光/红外复合成像技术的发展广受青睐。众所周知，可见光图像高频成分丰富，可较好地反映场景的细节信息，但由于其来自于对环境光照的反射，当照度较低时，成像对比度会严重下降；而红外图像来自于场景自身辐射，其对比度及亮度仅取决于场景各处的温度差及温度，即使在暗环境下仍可获得清晰成像。由此可见，可见光/红外复合成像技术可使两者互补，以适应不同环境的成像要求。为了在可见光/红外复合成像设备的研制过程中对其性能进行客观、真实评价，急需能够同时产生可见光及红外两个波段动态场景的模拟装置。
目前，大多数动态场景模拟装置都工作在飞行转台上，飞行转台造价昂贵、体积巨大；使得整个仿真系统仅能安放于大型仿真实验室中，不具有可移动性。无法满足在不同场所对可见光/红外成像设备特性进行测试的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了实现对可见光/红外两个不同波段动态场景的复合模拟，并解决目前动态场景模拟装置不可移动的技术问题。由此提出了一种可移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置。
本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的。
一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置，包括：计算机图像生成系统、可见光动态场景生成器、红外动态场景生成器、可见光/红外复合系统、可见光影光学系统、红外投影光学系统、第一三轴位移台、第二三轴位移台、电控子系统、环境控制子系统及移动升降车。
连接关系：移动升降车上层可升降部分用于安放可见光动态场景生成器、红外动态场景生成器、可见光/红外复合系统、可见光投影光学系统、红外投影光学系统、第一三轴位移台及第二三轴位移台，以适应不同测试环境的高度要求；移动升降车下层排布有电控子系统、环境控制子系统及升降台的液压系统，此部分在不同测试环境下均无升降要求。
可见光动态场景生成器置于第一三轴位移台上方；可见光动态场景生成器生成的动态影像经由可见光投影光学系统及可见光/红外复合系统投影至被测装置的可见光探测部分，可见光投影光学系统的视场及出瞳与被测装置可见光探测部分的视场及出瞳匹配；第一三轴位移台实现对可见光动态场景生成系统出射光轴的调整，使之与被测装置的可见光探测部分光轴重合；所述可见光动态场景生成系统由可见光动态场景生成器和可见光投影光学系统组成；
红外动态场景生成器置于第二三轴位移台上方；红外动态场景生成器依次与红外投影光学系统及可见光/红外复合系统相连接；红外投影光学系统光轴与可见光投影光学系统的光轴垂直；红外动态场景生成器生成的红外动态影像经由红外投影光学系统出射后，由可见光/红外复合系统实现与可见光场景生成器场景的共口径复合，最终进入被测装置；红外投影系统的视场及出瞳与被测装置红外探测部分的视场及出瞳匹配；第二三轴位移台实现对红外动态场景生成系统光轴的调整；所述红外动态场景生成系统由红外动态场景生成器和红外投影系统组成；
电控子系统与可见光动态场景生成器及红外动态场景生成器连接，与计算机图像生成系统及其通信系统通信，完成场景生成驱动并对所生成场景进行实时非均匀矫正，以及对比度、分辨率的调节；环境控制子系统与可见光动态场景生成器及红外动态场景生成器连接，用以控制系统的工作温度、真空度、辐射出射度、模拟温度；
计算机图像生成系统及其通信系统安放于厢式货车中，通过电缆与电控子系统、环境控制子系统连接。
当被测装置中可见光探测部分与红外探测部分为分口径时，可用反射镜替代可见光/红外复合系统。
对于双波段复合共口径被测装置的仿真实验，所述可见光/红外复合系统为本实用新型的关键组成部分，用以实现可见光动态场景及红外动态场景的共口径复合，实现双波段动态场景模拟；
可见光/红外复合系统由两个入射端口、一个出射端口及双色镜组成。来自可见光投影光学系统及红外投影光学系统的场景从两入射端口分别射入可见光/红外复合系统，双色镜对其中一路入射场景反射，而对另一路入射场景透射；经过双色镜后，两路图像合成为一路，由出射端口输出共口径双波段复合场景；输出端口的出射光轴与被测装置的光轴重合。
一种移动式可见光/红外动态场景模拟装置，其工作过程为：
首先，所述计算机图像生成系统接收主控计算机指令，按照实验要求生成动态场景的可见光特征视频信号及红外特征视频信号；其次，所生成的两路视频信号通过视频线缆分别传输给相应的显示芯片驱动电路(可见光动态场景生成器中显示芯片的驱动电路、红外动态场景生成器中写入光图像生成器的驱动电路)，驱动电路将接收到的地址及像素驱动信号转换为地址控制信号及模拟电压信号，以控制显示芯片显示相应的可见光动态场景及红外动态场景；生成的动态场景经由可见光投影光学系统及红外投影光学系统投影并由至可见光/红外复合系统复合后，射入被测装置光学系统的入瞳处，以实现对被测装置双波段成像性能的测试。可见光/红外复合光学系统放置在可见光及红外投影光路中，实现两光路的共口径复合，生成带有可见光及红外特征的动态场景。通过对第一三轴位移台和第二三轴位移台的调整，可实现可见光动态场景及红外动态场景像元尺寸精度下的重合对准。电控子系统实现可见光动态场景生成器及红外场景生成器与计算机图像生成系统及其通信系统的通信、完成场景生成驱动、并对所生成场景进行实时非均匀矫正；而环境控制子系统控制系统的工作温度及真空度，并可依据可见光场景辐射出射度及红外场景可模拟最高等效黑体温度要求分别对两路动态场景生成器的照明光源亮度进行调整。
所述计算机图像生成系统用于接收主控计算机指令，生成实验所需的带有可见光特征及红外特征的动态场景；
所述可见光动态场景生成器用于接收计算机图像生成系统按照仿真实验要求生成的可见光场景视频信号，经由驱动电路控制微显示芯片产生可见光动态场景；
所述红外动态场景生成器用于接收计算机图像生成系统按照仿真实验要求生成的红外场景视频信号，经由驱动电路控制红外芯片产生场景的红外图像；
所述可见光投影光学系统及红外投影光学系统用于将双波段场景投影至被测装置光学系统的入瞳处，以供被测装置探测，实现对真实场景的仿真；
所述可见光/红外复合系统用以实现可见光动态场景及红外动态场景的共口径复合；
所述第一三轴位移台和第二三轴位移台分别用于安放可见光动态场景生成器、可见光投影光学系统及红外动态场景生成器、红外投影光学系统，通过调整第一三轴位移台和第二三轴位移台可对两不同波段模拟器出射图像位置及光轴角度独立调整，以实现两不同波段场景的精确对准，使两路场景的特征信息在空间上实现位置重叠；此外还可通过调整第一及第二三轴位移台实现复合场景出瞳位置与被测成像装置光学系统入瞳位置的重合；
所述电控子系统包括可见光及红外显示芯片驱动器、实时图像非均匀矫正信号控制器及通信板卡；
所述环境控制子系统用于控制系统的工作温度、真空度及照明光源的亮度等；
有益效果：
1.本实用新型通过光学方法，实现了两不同波段动态场景的共口径复合，可为被测复合成像器件提供清晰、逼真的目标及背景图像，用以模拟实际场景，是可见光/红外复合成像器件研制过程中快速、有效的测试方法；
2.通过使用两个精密三轴位移台及结构设计，可实现像素尺寸级的双路场景对准，提高了复合后图像的分辨率；
3.本实用新型所述装置体积小巧、结构紧凑，主体部分固定在移动升降车上，整个模拟装置仅利用一辆厢式货车即可实现在不同实验地点间的方便运输，仅两人即可完成电缆连接及实验操作，具有良好可移动性，可有效解决大型仿真系统可移动性差的问题，为被测装置的快速、机动检测提供了解决方案；
4.本实用新型主体部分在移动升降车以一个整体单元的形式出现，在转移过程完成后，无需对模拟装置进行重新标校，使用极为方便，可在实验室、试验场等不同测试环境完成测试工作。
附图说明
图1为可移动式双波段动态场景模拟器结构图；
图2为可移动式双波段动态场景模拟器及控制系统连接及运输示意图；
图3可见光/红外复合系统示意图；
图4为实施例1双波段动态场景模拟器结构图；
图5为实施例2双波段动态场景模拟器结构图；
图6为可见光动态场景模拟器子系统构成框图；
图7为红外动态场景模拟器子系统构成框图。
其中，1-计算机图像生成系统、2-可见光动态场景生成器、3-红外动态场景生成器、4-可见光/红外复合系统、5-第一投影光学系统、6-第二投影光学系统、7-第一三轴位移台、8-第二三轴位移台、9-电控子系统、10-环境控制子系统、11-移动升降车、12-厢式货车、13-被测装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。
实施例1
一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置，如图1、2、4所示，包括：计算机图像生成系统1、可见光动态场景生成器2、红外动态场景生成器3、可见光/红外复合系统4、可见光投影光学系统5、红外投影光学系统6、第一三轴位移台7、第二三轴位移台8、电控子系统9、环境控制子系统10及移动升降车11；以用于共口径可见光/红外复合成像设备的仿真实验；
装置连接关系为：移动升降车11上层可升降部分用于安放可见光动态场景生成器2、红外动态场景生成器3、可见光/红外复合系统4、可见光投影光学系统5、红外投影光学系统6、第一三轴位移台7、第二三轴位移台8，以适应不同测试环境的高度要求；移动升降车11下层排布有电控子系统9、环境控制子系统10及升降台的液压系统，此部分在不同测试环境下均无升降要求；
可见光动态场景生成器2与可见光投影光学系统5连接，一同固定于第一三轴位移台7上；可见光动态场景生成器2生成的场景经可见光投影光学系统5投射后，透射通过可见光/红外复合系统4，进入被测装置13；通过对第一三轴位移台7的调整，使可见光动态场景生成器2、可见光投影光学系统5与被测装置13共光轴；如图6所示；
红外动态场景生成器3与红外投影光学系统6相连接，固定于第二三轴位移台8上方；红外动态场景生成器3生成的场景经由红外投影光学系统6投影后，被可见光/红外复合系统4反射90°，进入被测装置13；通过对第二三轴位移台8的调整，使红外动态场景生成器3、红外投影光学系统6与被测装置13共光轴，实现两路场景的共口径复合；如图7所示；
实施例1中可见光动态场景生成器2由可见光微显示芯片、照明系统、微显示芯片驱动及可见光投影光学系统组成，如图6所示。其中，微显示芯片选用分辨率为1024×768的LCD芯片，照明光源选用功率为230W的高亮度超高压汞灯，可实现2800lm的XGA场景模拟。为提高所模拟场景的对比度及色彩还原度，采用了3LCD系统。照明光源的输出光经匀光系统及准直系统后，经分光镜分为红、绿、蓝三束，分别均匀照明三个LCD芯片；驱动信号经处理后，形成三基色信号，分别控制三个LCD芯片成像，3个LCD芯片接收驱动信号，分别对单一基色进行调制；经调制后的三路单色输出经棱镜耦合形成彩色场景。通过对微显示芯片驱动电路的开发，实现了85Hz高帧频的动态场景生成。
实施例1中红外动态场景生成器3由可见光写入系统、照明系统、写入系统控制器、自主研发的薄膜式可见光/红外场景转换芯片和红外投影光学系统组成，如图7所示。红外动态场景生成器3基于光寻址原理；具体工作过程为，驱动电路接收红外视频信号并转换为地址及电压信号用于驱动可见光写入系统生成可见光强度场景，生成的可见光强度像经由光学系统成像至可见光/红外场景转换芯片接收面，可见光/红外场景转换芯片的设计基于“二次辐射”原理，转换芯片吸收来自可见光写入系统的辐射后产生升温，进而产生红外辐射。写入系统光强高的位置，吸收的能量也高，高的温升导致强的红外辐射。从而，写入系统产生的强度像被转换为红外图像，辐射波段可覆盖中波红外及长波红外两个波段。本实施例中采用的可见光/红外场景转换芯片像元数为1440×1440，可模拟黑体温度范围为25℃—100℃，场景帧频为85Hz。为获得高的成像质量，此转换芯片需工作在真空环境中。环境控制子系统10用于控制其工作温度和真空度。
被测双波段装置13同样安放在可移动升降台11上，通过导轨与升降台连接，可实现一维平移。被测装置13采用专用工装，通过可见光/红外复合系统4与本实用新型所述模拟装置连接。
第一三轴位移台7和第二三轴位移台8为可见光动态场景生成器2和红外动态场景生成器3提高三维平动调整。同时，可为整体模拟装置提供高精度调整，以适应仿真实验对模拟装置的同轴度要求。
可见光动态场景生成器2及可见光投影系统5的光轴与被测装置13光轴重合；红外动态场景生成器3通过红外投影光学系统6后由可见光/红外复合系统4反射，使出射场景光轴旋转90°后与被测装置13光轴重合；从而实现双波段性能的同时测试。
实施例1中可见光投影光学系统5及红外投影光学系统6的对角线圆视场均为3°，出瞳口径30mm，出瞳距离500mm；与被测装置13匹配。
计算机图像生成系统1及其通信系统安放于厢式货车12中，通过电缆与模拟装置连接。计算机图像生成系统1包括图形工作站硬件及场景生成软件两个部分。其中图形工作站作为场景生成的硬件平台，用于建立和生成目标与环境的场景模型，实现对目标及复杂场景的动态模拟图像生成。图形工作站通过内存反射光纤板卡接收来自仿真机实时数据，并驱动目标场景的实时运动。所生成的实时仿真场景通过视频端口输出给可见光及红外态场景生成器的驱动电路。
本实用新型实施例1可实现分辨率为1024×768的可见光及1440×1440的红外双波段动态场景的实时模拟，动态场景帧频为85Hz。
实施例2
一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置，如图5所示，包括：计算机图像生成系统1、可见光动态场景生成器2、红外动态场景生成器3、可见光/红外复合系统4(如图3所示，此时由45°红外反射镜代替)、可见光投影光学系统5、红外投影光学系统6、第一三轴位移台7、第二三轴位移台8、电控子系统9、环境控制子系统10及移动升降车11；实现可见光、红外分口径被测装置13的仿真测试。
实施例2所述装置的连接关系为：移动升降车11上层可升降部分用于安放可见光动态场景生成器2、红外动态场景生成器3、反射镜、可见光投影光学系统5、红外投影光学系统6及第一三轴位移台7、第二三轴位移台8，以适应不同测试环境的高度要求；移动升降车11下层排布有电控子系统9、环境控制子系统10及升降台的液压系统，此部分在不同测试环境下均无升降要求。
可见光动态场景生成器2与可见光投影光学系统5连接，一同固定于第一三轴位移台7上；可见光动态场景生成器2生成的场景经可见光投影光学系统5投射后直接进入被测装置13；通过对第一三轴位移台7的调整，使可见光动态场景生成器2、可见光投影光学系统5与被测装置13可见光系统共光轴；
红外动态场景生成器3与红外投影光学系统6相连接，固定于第二三轴位移台8上方；红外动态场景生成器3生成的场景经由红外投影光学系统6投影后，经反射镜反射90°，进入被测装置13；通过对第二三轴位移台8的调整，使红外动态场景生成器3、红外投影光学系统6与被测装置13红外系统共光轴，实现对两路场景同时模拟；
实施例2中可见光动态场景生成器2由可见光微显示芯片、照明系统、微显示芯片驱动及可见光投影光学系统组成，如图6所示。其中，微显示芯片选用分辨率为4096×2160的LCD芯片，照明光源选用功率为275W的高亮度超高压汞灯，可实现2000lm的4k高清场景模拟。为提高所模拟场景的对比度及色彩还原度，采用了3LCD系统。照明光源的输出光经匀光系统及准直系统后，经分光镜分为红、绿、蓝三束，分别均匀照明三个LCD芯片；驱动信号经处理后，形成三基色信号，分别控制三个LCD芯片成像，3个LCD芯片接收驱动信号，分别对单一基色进行调制；经调制后的三路单色输出经棱镜耦合形成彩色场景。通过对微显示芯片驱动电路的开发，实现了100Hz高帧频的动态场景生成。
实施例2中红外动态场景生成器3由可见光写入系统、照明系统、写入系统控制器、自主研发的薄膜式可见光/红外场景转换芯片和红外投影光学系统组成，如图7所示。红外动态场景生成器3基于光寻址原理；具体工作过程为，驱动电路接收红外视频信号并转换为地址及电压信号用于驱动可见光写入系统生成可见光强度场景，生成的可见光强度像经由光学系统成像至可见光/红外场景转换芯片接收面，可见光/红外场景转换芯片的设计基于“二次辐射”原理，转换芯片吸收来自可见光写入系统的辐射后产生升温，进而产生红外辐射。写入系统光强高的位置，吸收的能量也高，高的温升导致强的红外辐射。从而，写入系统产生的强度像被转换为红外图像，辐射波段可覆盖中波红外及长波红外两个波段。本实施例中采用的可见光/红外场景转换芯片像元数为1920×1200，可模拟黑体温度范围为25℃—140℃，场景帧频为100Hz。为获得高的成像质量，此转换芯片需工作在真空环境中。环境控制子系统10用于控制其工作温度和真空度。
被测双波段装置13同样安放在可移动升降台11上，通过导轨与升降台连接，可实现一维平移。
第一三轴位移台7和第二三轴位移台8为可见光动态场景生成器2和红外动态场景生成器3提高三维平动调整。同时，可为整体模拟装置提供高精度调整，以适应仿真实验对模拟装置的同轴度要求。
实施例2中可见光投影光学系统5的对角线圆视场均为3°，出瞳口径30mm，出瞳距离500mm；与被测装置13匹配；
红外投影光学系统6的对角线圆视场均为3°，出瞳口径30mm，出瞳距离500mm；与被测装置13匹配。
计算机图像生成系统1及其通信系统安放于厢式货车12中，通过电缆与模拟装置连接。计算机图像生成系统1包括图形工作站硬件及场景生成软件两个部分。其中图形工作站作为场景生成的硬件平台，用于建立和生成目标与环境的场景模型，实现对目标及复杂场景的动态模拟图像生成。图形工作站通过内存反射光纤板卡接收来自仿真机实时数据，并驱动目标场景的实时运动。所生成的实时仿真场景通过视频端口输出给可见光及红外态场景生成器的驱动电路。
本实用新型的实施例2可实现分辨率为4096×2160的可见光及1920×1200的红外双波段动态场景的真实模拟，动态场景帧频为100Hz。
Claims (4)
1.一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置，其特征在于：包括：计算机图像生成系统(1)、可见光动态场景生成器(2)、红外动态场景生成器(3)、可见光/红外复合系统(4)、可见光影光学系统(5)、红外投影光学系统(6)、第一三轴位移台(7)、第二三轴位移台(8)、电控子系统(9)、环境控制子系统(10)及移动升降车(11)；
连接关系：移动升降车(11)上层可升降部分用于安放可见光动态场景生成器(2)、红外动态场景生成器(3)、可见光/红外复合系统(4)、可见光投影光学系统(5)、红外投影光学系统(6)、第一三轴位移台(7)及第二三轴位移台(8)，以适应不同测试环境的高度要求；移动升降车(11)下层排布有电控子系统(9)、环境控制子系统(10)及升降台的液压系统；
可见光动态场景生成器(2)置于第一三轴位移台(7)上方；可见光动态场景生成器(2)生成的动态影像经由可见光投影光学系统(5)及可见光/红外复合系统(4)投影至被测装置(13)的可见光探测部分，可见光投影光学系统(5)的视场及出瞳与被测装置(13)可见光探测部分的视场及出瞳匹配；第一三轴位移台(7)实现对可见光动态场景生成系统出射光轴的调整，使之与被测装置(13)的可见光探测部分光轴重合；所述可见光动态场景生成系统由可见光动态场景生成器(2)和可见光投影光学系统(5)组成；
红外动态场景生成器(3)置于第二三轴位移台(8)上方；红外动态场景生成器(3)依次与红外投影光学系统(6)及可见光/红外复合系统(4)相连接；红外投影光学系统(6)光轴与可见光投影光学系统(5)的光轴垂直；红外动态场景生成器(3)生成的红外动态影像经由红外投影光学系统(6)出射后，由可见光/红外复合系统(4)实现与可见光场景生成器(2)场景的共口径复合，最终进入被测装置(13)；红外投影系统(6)的视场及出瞳与被测装置(13)红外探测部分的视场及出瞳匹配；第二三轴位移台(8)实现对红外动态场景生成系统光轴的调整；所述红外动态场景生成系统由红外动态场景生成器(3)和红外投影系统(6)组成；
电控子系统(9)与可见光动态场景生成器(2)及红外动态场景生成器(3)连接，与计算机图像生成系统(1)及其通信系统通信，完成场景生成驱动并对所生成场景进行实时非均匀矫正，以及对比度、分辨率的调节；环境控制子系统(10)与可见光动态场景生成器(2)及红外动态场景生成器(3)连接，用以控制系统的工作温度、真空度、辐射出射度、模拟温度。
2.如权利要求1所述的一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置，其特征在于：所述计算机图像生成系统(1)及其通信系统安放于厢式货车(12)中，通过电缆与电控子系统(9)、环境控制子系统(10)连接。
3.如权利要求1所述的一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置，其特征在于：所述被测装置(13)中可见光探测部分与红外探测部分为分口径时，用反射镜替代可见光/红外复合系统(4)。
4.如权利要求1所述的一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置，其特征在于：所述可见光/红外复合系统(4)由两个入射端口、一个出射端口及双色镜组成；来自可见光投影光学系统(5)及红外投影光学系统(6)的场景从两入射端口分别射入可见光/红外复合系统(4)，双色镜对其中一路入射场景反射，而对另一路入射场景透射；经过双色镜后，两路图像合成为一路，由出射端口输出共口径双波段复合场景；输出端口的出射光轴与被测装置(13)的光轴重合。
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| CN201520890610.3U CN205228782U (zh) | 2015-11-09 | 2015-11-09 | 一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置 |
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|---|---|
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| CN201520890610.3U Withdrawn - After Issue CN205228782U (zh) | 2015-11-09 | 2015-11-09 | 一种移动式可见光/红外双波段动态场景模拟装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN205228782U (zh) |
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| CN107167998A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-09-15 | 中国人民解放军装备学院 | 空间双波段复合动态场景投影仿真系统 |
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2015
- 2015-11-09 CN CN201520890610.3U patent/CN205228782U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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