CN220629411U - 一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，包括高速相机、光源、处理与显示系统和同步信号发生器，光源中驱动步进电机带动调制斩波盘转动，由宽波段辐射源产生的光线经调制斩波盘反射后，依次经过反射透射镜、离轴抛物面宽波段平行光管与空气传输进入待试融合夜视系统接收镜头；一台高速相机采集光源中调制斩波盘的图像，另一台采集待试融合夜视系统的显示图像，获取的图像传输至处理与显示系统，根据图像中调制斩波盘的转动角度即可获得待试融合夜视系统的时间延迟。本发明能够实现融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验，为具备显示器或视频输出接口的融合夜视系统时间同步与延迟的性能的测试创造了条件。

Description

一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置

技术领域

本发明属于融合夜视系统性能试验技术领域，涉及一种性能试验装置。

背景技术

随着科学不断的发展和进步，对光学领域的设计和应用更加的广泛。融合夜视技术是一项正在发展中的前沿技术，通过将工作在不同波段的多个夜视传感器获得的图像经过处理后生成高质量的融合图像，融合图像的分辨率更高，能够揭示出那些很难被看到的特征。融合夜视技术可以分为数字融合夜视技术和非数字融合夜视技术，融合夜视技术的发展有赖于硬件和软件技术的进步，在硬件上需要轻量化、小型化的热像仪以及微光夜视装备等其他的夜视装备，在软件上需要能够对不同波段或不同工作原理的图像进行各种层次的融合。

在融合夜视技术中，成型后的融合夜视系统设备需要根据使用的需求对各项指标进行测试和试验，以满足融合夜视系统使用的质量要求。时间同步与延迟是衡量融合夜视系统成像质量与时间性能的重要指标，目前暂无测试融合夜视系统时间同步与延迟性能的试验装置。

因此，有必要提供一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置解决上述技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，能够实现融合夜视系统时间同步与延迟性能试验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，包括两台高速相机、光源、处理与显示系统和同步信号发生器。

所述的光源采用反射式宽波段辐射源，包括调制斩波盘、宽波段辐射源、驱动步进电机、反射透射镜和离轴抛物面宽波段平行光管；驱动步进电机带动调制斩波盘转动，由宽波段辐射源产生的光线经调制斩波盘反射后，依次经过反射透射镜、离轴抛物面宽波段平行光管与空气传输进入待试融合夜视系统接收镜头；所述的两台高速相机在同步信号发生器的控制下，一台采集光源中调制斩波盘的图像，另一台采集待试融合夜视系统的显示图像，两台高速相机获取的图像传输至处理与显示系统，根据图像中调制斩波盘的转动角度即可获得待试融合夜视系统的时间延迟。

所述的离轴抛物面宽波段平行光管的通光波段与待试融合夜视系统的工作波段相同；平行光管孔径不小于待试融合夜视系统的合并孔径；平行光管焦距根据待试融合夜视系统的焦距调整。

所述的调制斩波盘为白板黑孔，黑孔后安装TEC控温器，保证黑孔与调制斩波盘面有足够的温差，使得热成像系统具有足够的信号响应。

所述的高速相机带外触发的全局快门，帧频不低于2000Hz。

所述的待试融合夜视系统不带显示器但具有视频输出口时，采用外接显示器通过数据连接线与待试融合夜视系统的视频输出口连接。

所述的待试融合夜视系统处于高照度条件下时，不开启待试融合夜视系统，采用对位管连接待试融合夜视系统接收镜头与所述光源之间的光路，对位管与反射式宽波段辐射源的光轴对齐。

所述对位管的端面安装有激光发射器，作为待试融合夜视系统与反射式宽波段辐射源进行对位时的辅助标准。

本发明还包括操作台，所述操作台上分别开设有光源安装槽、待试品移动安装槽和两个相机安装槽，所述的光源安装槽上通过光源固定安装架固定安装反射式宽波段辐射源；所述的待试品移动安装槽通过待试品移动升降安装件安装待试融合夜视系统；所述相机安装槽中的一个通过相机固定安装件固定安装高速相机，另一个通过相机移动升降安装件安装另一台高速相机。

本发明的有益效果是：能够实现融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验，为具备显示器或视频输出接口的融合夜视系统时间同步与延迟的性能的测试创造了条件。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明同步高速采集参考点角度差测量法工作原理图；

图3为图2中反射式宽波段辐射源的结构示意图；

图4是本发明实施例二的结构示意图；

图5是本发明实施例三的结构示意图。

图中，1-操作台，11-待试品移动升降安装槽，12-相机A安装槽，13-相机B移动升降安装槽，14-光源安装槽，15-显示屏安装槽，16-对位管安装槽，17-底座A，18-底座B，2-高速相机A组件，21-相机固定安装件，22-高速相机A，3-高速相机B组件，31-相机移动升降安装件，32-高速相机B，4-光源组件，41-光源固定安装架，42-反射式宽波段辐射源，421-调制斩波盘，422-宽波段辐射源，423-驱动步进电机，424-反射透射镜，425-离轴抛物面宽波段平行光管，426-光线路径，5-待试融合夜视系统组件，51-待试品移动升降安装件，52-待试融合夜视系统，6-处理与显示系统，7-数据连接线，71-高速相机数据连接线，72-待试融合夜视系统数据连接线，73-被试品视频输出接口，8-同步信号发生器，9-外接显示器组件，91-显示器安装支架，92-外接显示器，10-对位装置，101-对位管，102-激光器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供的一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置包括：操作台、高速相机A组件、高速相机B组件、光源组件、待试融合夜视系统组件、处理与显示系统、数据连接线、同步信号发生器、外接显示器、避光罩。所述光源组件包括光源固定安装架、反射式宽波段辐射源(由调制斩波盘、宽波段辐射源、驱动步进电机、反射透射镜和离轴抛物面宽波段平行光管组成)。所述操作台上分别开设相机A安装槽，通过相机固定安装件固定安装高速相机A；开设光源安装槽，通过光源固定安装架固定安装反射式宽波段辐射源；开设待试品移动安装槽，通过待试品移动升降安装件安装待试融合夜视系统；开设相机B移动安装槽，通过相机移动升降安装件安装高速相机B；高速相机A和高速相机B通过高速相机数据连接线连接同步信号发生器和处理与显示系统，控制高速相机同时刻获取图像的同步触发信号(或者将两台高速摄像机之间设置为主从同步模式)，实时传输高速相机摄取的图像数据。

优选的，通过固定安装的高速相机A摄取反射式宽波段辐射源中调制斩波盘的图像。

优选的，通过待试品移动升降安装件控制待试融合夜视系统升降和滑动，保证反射式宽波段辐射源的出射光对准待试融合夜视系统的接收镜头；通过相机移动升降安装件B控制高速相机B升降和滑动，实现高速相机B对待试融合夜视系统显示屏的对准摄像；

优选的，反射式宽波段辐射源主要包括调制斩波盘、宽波段辐射源、驱动步进电机、反射透射镜、离轴抛物面宽波段平行光管。由宽波段辐射源产生的光线经调制斩波盘反射后按照路径传播，依次经过反射透射镜、离轴抛物面宽波段平行光管与空气传输进入待试融合夜视系统接收镜头。

优选的，离轴抛物面宽波段平行光管的通光波段应与待试融合夜视系统的工作波段相适应；平行光管孔径原则上不小于待试融合夜视系统的合并孔径；平行光管焦距可根据待试融合夜视系统的焦距制作适当调整。

优选的，调制斩波盘为白板黑孔，黑孔后安装TEC控温器，保证黑孔与调制斩波盘面有足够的温差，使得热成像系统具有足够的信号响应。调制斩波盘位于离轴抛物面宽波段平行光管焦平面，由驱动步进电机以可调速度带动旋转，其上黑孔为待测融合夜视系统提供调制频率可控的旋转目标。

优选的，高速相机A、高速相机B应带外触发的全局快门，帧频不低于2000Hz。

优选的，时间同步和延迟处理与显示系统完成高速相机A、高速相机B的同步图像采集，并进行相应的图像预处理，得到相应的时间同步和延迟参量；最后在处理与显示系统的显示器上显示相关的图像和测试结果。

优选的，时间同步和延迟处理与显示系统的时间延迟为该时刻高速相机B在待试融合夜视系统显示屏上采集的调制斩波盘图像、以及同时刻高速相机A对调制斩波盘实物采集图像上参考点相对于调制斩波器中心点所转过的角度，除以调制斩波器角速度所得到的时间。

优选的，时间同步和延迟处理与显示系统的时间同步为通道之间时间延迟的差异或双波段融合模式下两参考点张角对应的时间。

第一实施例：

如图1～3所示，本实例提供一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，包括：操作台1、高速相机A组件2、高速相机B组件3、光源组件4、待试融合夜视系统组件5、处理与显示系统6、数据连接线7、同步信号发生器8。操作台1上分别开设有待试品移动升降安装槽11、相机A安装槽12、相机B移动升降安装槽13、光源安装槽14；反射式宽波段辐射源42通过光源固定安装架41安装于光源安装槽14内壁；相机固定安装件A21安装于相机A安装槽12内壁，其输出端固定安装有高速相机A22，用于摄取反射式宽波段辐射源42中调制斩波盘421的图像；待试品移动升降安装件51安装于待试品移动安装槽11内壁，其输出端安装待试融合夜视系统52，通过待试品移动升降安装件51的升降和滑动保证反射式宽波段辐射源42的出射光对准待试融合夜视系统52的接收镜头；相机移动升降安装件31安装于相机B移动升降安装槽13的内壁，其输出端固定安装有高速相机B32，通过相机移动升降安装件B31的升降和滑动实现高速相机B32对待试融合夜视系统52显示屏的对准摄像；高速相机A22和高速相机B32通过高速相机数据连接线71与处理与同步信号发生器8和处理与显示系统6进行连接，实时传输控制高速相机同时刻获取图像的同步触发信号与高速相机摄取的图像数据。

如图3所示，反射式宽波段辐射源42主要包括调制斩波盘421、宽波段辐射源422、驱动步进电机423、反射透射镜424、离轴抛物面宽波段平行光管425。调制斩波盘421为白板黑孔，位于离轴抛物面宽波段平行光管425焦平面，由驱动步进电机423以可调速度带动旋转，其上黑孔为待测融合夜视系统提供调制频率可控的旋转目标；由宽波段辐射源422产生的光线经调制斩波盘421反射后按照路径426传播，依次经过反射透射镜424、离轴抛物面宽波段平行光管425与空气传输进入待试融合夜视系统52接收镜头。

具体的，调制斩波盘421的盘面涂覆白色漫反射材料，以便在辅助照明光源下具有较适合的背景亮度，避免可见光成像模块对黑暗盘成像的随机噪声影响；同时调制斩波盘421的黑孔后安装TEC控温器，保证与调制斩波盘面有足够的温差，使得热成像系统具有足够的信号响应。

具体的，调制斩波盘421在的驱动步进电机423的控制下旋转速度可调。

具体的，待测融合夜视系统52包括至少两个成像模块(可见光和红外热成像)、图像融合板和融合夜视系统显示器。

具体的，高速相机A22、高速相机B32应带外触发的全局快门，帧频不低于2000Hz。

具体的，同步信号发生器8采用频率范围适应的同步信号发生器为高速相机A22、高速相机B32提供同步信号，或者将两台高速摄像机之间设置为主从同步模式。

具体的，离轴抛物面宽波段平行光管425的通光波段应与待试融合夜视系统52的工作波段相适应；平行光管425孔径原则上不小于待试融合夜视系统52的合并孔径；平行光管425焦距可根据待试融合夜视系统52的焦距制作适当调整。

具体的，基于图像的时间同步和延迟处理与显示系统6完成高速相机A22、高速相机B32的同步图像采集，并进行相应的图像预处理，得到相应的时间同步和延迟参量；最后在处理与显示系统6的显示器上显示相关的图像和测试结果。

具体的，基于图像的时间同步和延迟处理与显示系统6应能同时完成相关测试系统及其测试结果的管理和报表制作。

本发明提供的融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置的工作原理如下：

时间延迟测量原理：

以白板调制斩波盘421为参考物，其上的黑孔为参考点，时间延迟为某一时刻高速相机B32在待试融合夜视系统6显示屏上采集的调制斩波盘图像、以及同时刻高速相机A22对调制斩波盘421实物采集图像上参考点相对于调制斩波器421中心点所转过的角度，除以调制斩波器421角速度(转速可数字控制)所得到的时间。

时间同步测量原理：

单通道模式下测量：待试融合夜视系统6显示器上只有一个参考点图像，选择不同通道可得到相应通道的时间延迟，而通道之间时间延迟的差异即为相应的时间同步；

双波段融合模式下测量：待试融合夜视系统6显示器上有两个参考点图像，其间张角对应的时间即为时间同步。

本发明提供的融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置的工作步骤如下：

时间延迟测量步骤：

S11：将待测融合夜视系统52稳定安装于待试品移动升降安装件51上，调节移动升降件B31使高速相机B32接收镜头与待测融合夜视系统52观测目镜对准连接；

S12：按照测试要求调整环境亮度，打开待测融合夜视系统52的电源和试验装置的电源，调节移动升降件51使待测融合夜视系统52接收镜头与反射式宽波段辐射源42的离轴抛物面宽波段平行光管425对准连接；调节离轴抛物面宽波段平行光管425与待测融合夜视系统52焦距，使待测融合夜视系统52成像清晰；

S13：由低到高逐步调整调制斩波盘421的转动速度，使得延时角度控制在360°之内；

S14：用高速摄像机A22、高速摄像机B32分别同步拍摄调制斩波盘421及其在待测融合夜视系统52显示器上的图像，拍摄结果如图4所示；

S15：处理与显示系统6对如图4所示的两幅子图像进行图像处理，获取两子图像中调制斩波盘421上参考点的位置P1和P2以及调制斩波盘421圆心位置，计算出参考点位置的角度差；并根据调制斩波盘421的角速度ω，计算出待测融合夜视系统52的时间延迟；

S16：重复步骤S14、S15若干次(可重复5次)，求平均值即为融合夜视系统52在对应通道的时间延迟。

双波段成像系统时间同步测量步骤：

单通道测量方法：

S21：在通道1工作模式下，采用时间延迟测量方法测量系统时间延迟；

S22：在通道2工作模式下，采用时间延迟测量方法测量系统时间延迟；

S23：计算两通道时间延迟之差即为该次测量的时间同步；

S24：重复步骤S21～S23若干次(可重复5次)，求平均值即为融合夜视系统的时间同步。

这种方法在融合夜视系统综合孔径大于平行光管孔径时也可使用。

双通道测量方法：

S31：在双通道工作模式下采用时间延迟测量方法获取处理与显示系统6显示器上的双波段融合夜视图像的延时图像，如图5所示；

S32：处理与显示系统6对如图5所示的图像进行图像处理，获取双波段对应调制斩波盘421参考点的位置P1和P2以及调制斩波盘421圆心位置；计算出参考点位置的角度差；并根据调制斩波盘421的角速度ω，计算出待测融合夜视系统52的时间同步；

S33：重复S31和S32步骤若干次(可重复5次)，求平均值即为融合夜视系统52的时间同步。

第二实施例：

请参阅图4，本实施例在第一实施例的基础上，针对待试融合夜视系统52不带显示器但具有视频输出口的情况，提供一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置。

具体的，外接显示器92通过显示器安装架91固定安装于显示器安装槽15内，通过待试融合夜视系统数据连接线72与待试融合夜视系统52的视频输出口73连接。

具体的，外接显示器9需为时间延迟标定确定的显示器，屏幕大小与高速相机视野范围适应。

时间延迟测量原理：

在第一实施例的时间延迟测试结果中扣除外接显示器9的时间延迟，即为待试融合夜视系统52的时间延时。

时间同步测量原理：

与第一实施例的时间同步测量原理相同。

时间延迟测量步骤：

S41：将待测融合夜视系统52稳定安装于待试品移动升降安装件51上，调节移动升降件51使待测融合夜视系统52接收镜头与反射式宽波段辐射源42的离轴抛物面宽波段平行光管425对准连接；

S42：连接外接显示器9与待测融合夜视系统52，调节相机移动升降安装件31使高速相机B32接收镜头与外接显示器9显示屏对准连接；

S43：调节离轴抛物面宽波段平行光管425与待测融合夜视系统52焦距，使待测融合夜视系统52成像清晰；

S44：打开待测融合夜视系统52的电源和试验装置的电源，由低到高逐步调整调制斩波盘421的转动速度，使得延时角度控制在360°之内；

S45：用高速相机A22、高速相机B32分别同步拍摄调制斩波盘421及其在外接显示器9上的图像，拍摄结果如图4所示；

S46：处理与显示系统6对如图4所示的两幅子图像进行图像处理，获取两子图像中调制斩波盘421上参考点的位置P1和P2以及调制斩波盘421圆心位置，计算出参考点位置的角度差；并根据调制斩波盘421的角速度ω以及外接显示器9的延迟时间，计算出待测融合夜视系统52的时间延迟；

S47：重复步骤S45、S46若干次(可重复5次)，求平均值即为融合夜视系统52在对应通道的时间延迟。

时间同步测量步骤：同第一实施例中时间同步测量步骤，其中时间延迟测量方法按照S41～S47执行。

本实例在实例1的基础上增加待试融合夜视系统数据连接线72，连接外接显示器9与待试融合夜视系统52的视频输出口73，实现了不具备显示器但具有视频接口的待试融合夜视系统52的时间同步与延迟性能测试。

第三实施例：

请参阅图5，本实施例在第一实施例的基础上，针对高照度条件下不开启待试融合夜视系统52进行待试系统与反射式宽波段辐射源42的光轴对准方式，提供一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置。

具体的，待试融合夜视系统52和高速相机B32安装于底座A17，反射式宽波段辐射源42和高速相机A22安装于底座B18。

具体的，对位管101通过对位管安装槽16固定安装于底座B18，与反射式宽波段辐射源42光轴对齐。所述对位管101的首端安装有激光发射器102，其表面与所述对位管101的表面平行安装，作为待试融合夜视系统52与反射式宽波段辐射源42进行对位时的辅助标准，方便在高照度环境下不开机进行待试融合夜视系统52位置校准。

时间延迟测量原理：

与第一实施例的时间延迟测量原理相同。

时间同步测量原理：

与第一实施例的时间同步测量原理相同。

时间延迟测量步骤：

S51：将待测融合夜视系统52稳定安装于待试品移动升降安装件51上，打开激光发射器102，调节移动升降件51使待测融合夜视系统52接收镜头与反射式宽波段辐射源42的离轴抛物面宽波段平行光管425进行粗对准；

S52：调整测试环境亮度至要求范围，打开待测融合夜视系统52的电源和试验装置的电源，对待试品移动升降安装件51进行细调使光路对准；

S53：调节相机移动升降安装件31使高速相机B32接收镜头与待试品移动升降安装件51目镜对准；

S54：调节离轴抛物面宽波段平行光管425与待测融合夜视系统52焦距，使待测融合夜视系统52成像清晰；

S55：由低到高逐步调整调制斩波盘421的转动速度，使得延时角度控制在360°之内；

S56：用高速相机A22、高速相机B32分别同步拍摄调制斩波盘421及其在外接显示器9上的图像，拍摄结果如图4所示；

S57：处理与显示系统6对如图4所示的两幅子图像进行图像处理，获取两子图像中调制斩波盘421上参考点的位置P1和P2以及调制斩波盘421圆心位置，计算出参考点位置的角度差；并根据调制斩波盘421的角速度ω以及外接显示器9的延迟时间，计算出待测融合夜视系统52的时间延迟；

S58：重复步骤S56、S57若干次(可重复5次)，求平均值即为融合夜视系统52在对应通道的时间延迟。

时间同步测量步骤：同第一实施例中时间同步测量步骤，其中时间延迟测量方法按照S51～S58执行。

本实例在实例1的基础上分离待试融合夜视系统52与反射式宽波段辐射源42，便于实现适应不同规格的待试品与光源的光路对位。增加了对位管101和激光器102，实现高照度条件下不开启待试融合夜视系统52进行待试系统光轴对准。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，包括两台高速相机、光源、处理与显示系统和同步信号发生器，其特征在于，所述的光源采用反射式宽波段辐射源，包括调制斩波盘、宽波段辐射源、驱动步进电机、反射透射镜和离轴抛物面宽波段平行光管；驱动步进电机带动调制斩波盘转动，由宽波段辐射源产生的光线经调制斩波盘反射后，依次经过反射透射镜、离轴抛物面宽波段平行光管与空气传输进入待试融合夜视系统接收镜头；所述的两台高速相机在同步信号发生器的控制下，一台采集光源中调制斩波盘的图像，另一台采集待试融合夜视系统的显示图像，两台高速相机获取的图像传输至处理与显示系统，根据图像中调制斩波盘的转动角度即可获得待试融合夜视系统的时间延迟。

2.根据权利要求1所述的融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，其特征在于，所述的离轴抛物面宽波段平行光管的通光波段与待试融合夜视系统的工作波段相同；平行光管孔径不小于待试融合夜视系统的合并孔径；平行光管焦距根据待试融合夜视系统的焦距调整。

3.根据权利要求1所述的融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，其特征在于，所述的调制斩波盘为白板黑孔，黑孔后安装TEC控温器，保证黑孔与调制斩波盘面有足够的温差，使得热成像系统具有足够的信号响应。

4.根据权利要求1所述的融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，其特征在于，所述的高速相机带外触发的全局快门，帧频不低于2000Hz。

5.根据权利要求1所述的融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，其特征在于，所述的待试融合夜视系统不带显示器但具有视频输出口时，采用外接显示器通过数据连接线与待试融合夜视系统的视频输出口连接。

6.根据权利要求1所述的融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，其特征在于，所述的待试融合夜视系统处于高照度条件下时，不开启待试融合夜视系统，采用对位管连接待试融合夜视系统接收镜头与所述光源之间的光路，对位管与反射式宽波段辐射源的光轴对齐。

7.根据权利要求6所述的融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，其特征在于，所述对位管的端面安装有激光发射器，作为待试融合夜视系统与反射式宽波段辐射源进行对位时的辅助标准。

8.根据权利要求1所述的融合夜视系统时间同步与延迟的性能试验装置，其特征在于，还包括操作台，所述操作台上分别开设有光源安装槽、待试品移动安装槽和两个相机安装槽，所述的光源安装槽上通过光源固定安装架固定安装反射式宽波段辐射源；所述的待试品移动安装槽通过待试品移动升降安装件安装待试融合夜视系统；所述相机安装槽中的一个通过相机固定安装件固定安装高速相机，另一个通过相机移动升降安装件安装另一台高速相机。