一種周掃成像控制方法和周掃成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種周掃成像控制方法和周掃成像系統(tǒng)，屬于紅外探測器的周掃成像 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前絕大多數(shù)紅外周掃成像系統(tǒng)基于紅外線列探測器，其掃描速度實時改變是非 常困難的，并且通常不具備跟蹤搜索功能。近年來國內(nèi)開展了基于面陣探測器的紅外周掃 成像系統(tǒng)的研究，通過研究表明，采用面陣探測器較線列探測器進一步提高了圖像信噪比 以及觀測距離，且容易實現(xiàn)跟蹤搜索，但是由于探測器周掃高速運動，引起目標(biāo)拖尾，導(dǎo)致 目標(biāo)方位的指示精度不高，且因為圖像模糊，使得難以對環(huán)境進行觀察。因此亟需開發(fā)出一 種新型周掃成像系統(tǒng)以實現(xiàn)更強的探測性能及更高的探測精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種周掃成像控制方法和周掃成像系統(tǒng)，用以解決因探測器 周掃高速運動而導(dǎo)致的目標(biāo)方位的指示精度不高的問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種周掃成像控制方法，該方法基于的周掃 成像系統(tǒng)包括一個方位掃描轉(zhuǎn)臺和固設(shè)在該方位掃描轉(zhuǎn)臺上的紅外光學(xué)系統(tǒng)、探測器和方 位補償擺鏡，每次方位補償擺鏡擺動產(chǎn)生的視場偏移用于補償依次成像對應(yīng)的視場角，當(dāng) 成像視場固定時，方位補償擺鏡所需擺動角速度為α/ΤΙΝΤ，其中，α為每次擺鏡為補償視場 所需擺動的角度，ΤΙΝΤ為方位補償擺鏡擺動角度α需滿足的探測器曝光的積分時間。
[0005] -種周掃成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括一個方位掃描轉(zhuǎn)臺和固設(shè)在該方位掃描轉(zhuǎn) 臺上的紅外光學(xué)系統(tǒng)、探測器和方位補償擺鏡，所述紅外光學(xué)系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)物鏡組和會聚 成像組，所述望遠(yuǎn)物鏡組、方位補償擺鏡、會聚成像組和探測器是從物方到像方同光軸依次 設(shè)置的，來自物方的光線依次通過所述望遠(yuǎn)物鏡組、方位補償擺鏡、會聚成像組，最后成像 到所述探測器；
[0006] 每次方位補償擺鏡擺動產(chǎn)生的視場偏移用于補償依次成像對應(yīng)的視場角，當(dāng)成像 視場固定時，方位補償擺鏡所需擺動角速度為α/ΤΙΝΤ，其中，α為每次擺鏡為補償視場所 需擺動的角度，ΤΙΝΤ為方位補償擺鏡擺動角度α需滿足的探測器曝光的積分時間；所述方 位補償擺鏡的旋轉(zhuǎn)軸與其法線垂直，且方位補償擺鏡以與所述方位掃描轉(zhuǎn)臺相反的方向擺 動，同轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動方向相互補償。
[0007] 所述成像系統(tǒng)還包括一個用于對轉(zhuǎn)臺位置脈沖信號進行計數(shù)的計數(shù)器、用于控制 擺鏡擺動的擺鏡控制裝置和用于與探測器連接的探測器成像裝置，所述擺鏡控制裝置采樣 連接所述計數(shù)器。
[0008] 所述紅外光學(xué)系統(tǒng)在一個視場下時，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到與該視場對應(yīng)的脈沖計數(shù)值 或者該脈沖計數(shù)值的整數(shù)倍時，擺鏡控制裝置控制擺鏡開始擺動，同時探測器成像裝置產(chǎn) 生探測器積分信號，滿足擺鏡在探測器曝光的積分時間內(nèi)擺動。
[0009]所述紅外光學(xué)系統(tǒng)在一個視場下時，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到與該視場對應(yīng)的脈沖計數(shù)值 或者該脈沖計數(shù)值的整數(shù)倍時，擺鏡控制裝置控制擺鏡開始擺動，之后當(dāng)擺鏡進入勻速線 性區(qū)時產(chǎn)生一個擺鏡線性區(qū)開始信號，探測器成像裝置根據(jù)所述擺鏡線性區(qū)開始信號產(chǎn)生 探測器積分信號，滿足擺鏡在探測器曝光的積分時間內(nèi)、且在線性區(qū)內(nèi)擺動。
[0010] 當(dāng)探測器曝光的積分時間結(jié)束時，探測器產(chǎn)生數(shù)據(jù)有效信號并向外輸出圖像數(shù) 據(jù)，同時擺鏡返回至初始位置。
[0011] 所述望遠(yuǎn)物鏡組包括前固定透鏡、變倍組和后固定鏡組，其中，變倍組由大視場變 倍組和中視場變倍組變倍組構(gòu)成，所述大視場變倍組由第二透鏡和第五透鏡構(gòu)成，所述中 視場變倍組由第三透鏡和第四透鏡構(gòu)成，從物方到像方依次設(shè)置所述第二透鏡、第三透鏡、 第四透鏡和第五透鏡；當(dāng)大視場變倍組投入到所述光學(xué)系統(tǒng)、且中視場變倍組從所述光學(xué) 系統(tǒng)中切出，該光學(xué)系統(tǒng)為大視場光學(xué)系統(tǒng)；當(dāng)中視場變倍組投入到所述光學(xué)系統(tǒng)、且大視 場變倍組從所述光學(xué)系統(tǒng)中切出，該光學(xué)系統(tǒng)為中視場光學(xué)系統(tǒng)；當(dāng)大視場變倍組和中視 場變倍組均從所述光學(xué)系統(tǒng)中切出，該光學(xué)系統(tǒng)為小視場光學(xué)系統(tǒng)；
[0012] 該光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)為：波長為7. 7μm~10. 3μm;像元尺寸為： 20μmX24μm;F#為2 ;焦距=500mm時，視場角為2. 82°X2· 1Γ;焦距=300mm時，視 場角為4.69°X3.52。；焦距=100mm時，視場角為14.04°X10.53。。
[0013]所述光學(xué)系統(tǒng)的總光焦度滿足以下公式：
[0014]
[0015] 其中，灼為第i個透鏡的光焦度，^為近軸光線在第i個透鏡上的入射高度，⑦為 系統(tǒng)的總光焦度；
[0016]所述光學(xué)系統(tǒng)的總色差系數(shù)滿足以下公式：
[0017]
[0018]其中：(；為第i個透鏡的色差系數(shù)，C_31為該光學(xué)系統(tǒng)的總色差系數(shù)。
[0019]所述前固定透鏡為第一透鏡，所述后固定鏡組包括同光軸依次設(shè)置的第六透鏡、 反射鏡、第七透鏡、第八透鏡和第九透鏡，所述會聚成像組包括同光軸依次設(shè)置的第十透 鏡、第十一透鏡、第十二透鏡和第十三透鏡，所述第一透鏡為正光焦度透鏡，第二透鏡為負(fù) 光焦度透鏡，第三透鏡為負(fù)光焦度透鏡，第四透鏡為正光焦度透鏡，第五透鏡為正光焦度透 鏡，第六透鏡為負(fù)光焦度透鏡，第七透鏡為負(fù)光焦度透鏡，第八透鏡為負(fù)光焦度透鏡，第九 透鏡為正光焦度透鏡，第十透鏡為正光焦度透鏡，第i^一透鏡為負(fù)光焦度透鏡，第十二透鏡 為正光焦度透鏡，第十三透鏡為正光焦度透鏡。
[0020] 所述第二透鏡中的靠近像方的表面為非球面，第五透鏡中的靠近像方的表面為非 球面，第七透鏡中的兩個表面均為非球面，第九透鏡的兩個表面均為非球面，第十透鏡中的 靠近物方的表面為非球面，第十一透鏡中的靠近像方的表面為非球面，第十三透鏡中的靠 近物方的表面為非球面。
[0021] 在紅外光學(xué)系統(tǒng)中嵌入一個方位補償擺鏡，以保證在轉(zhuǎn)臺周掃時通過擺鏡的擺動 來抵消外界景物相對探測器的運動，即在轉(zhuǎn)臺周掃時保證在每一個積分周期內(nèi)探測器看到 的景物是不變的，這樣就不會出現(xiàn)周掃時圖像拖尾現(xiàn)象。而且，該成像系統(tǒng)的成功應(yīng)用能 夠使大陣列面陣探測器用于紅外周掃成像系統(tǒng)成為可能，同時光學(xué)系統(tǒng)也可以實現(xiàn)大的視 場，成像清晰且360°無縫拼接。
[0022] 另外，方位補償擺鏡所需擺動角速度為α/TINT，其中，α為每次擺鏡為補償視場所 需擺動的角度，ΤΙΝΤ為方位補償擺鏡擺動角度α需滿足的探測器曝光的積分時間，在周掃 控制中，擺鏡的擺動角速度與轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速無關(guān)，不管轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速是多少，均不影響到擺鏡的 擺動角速度，所以，該控制方法控制簡單，而且，不易出現(xiàn)控制誤差，實現(xiàn)無拖尾匹配。
【附圖說明】
[0023] 圖1是周掃成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2是周掃成像系統(tǒng)的系統(tǒng)組成框圖；
[0025] 圖3是探測器成像電路組成框圖；
[0026] 圖4是紅外光學(xué)系統(tǒng)各個透鏡和擺鏡之間的布設(shè)圖；
[0027] 圖5是無縫拼接成像效果圖；
[0028] 圖6是探測器成像電路邏輯時序圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明。
[0030] 如圖1所示的周掃成像系統(tǒng)，包括一個方位掃描轉(zhuǎn)臺，在該方位掃描轉(zhuǎn)臺上固設(shè) 有紅外光學(xué)系統(tǒng)、探測器和方位補償擺鏡。其中，紅外光學(xué)系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)物鏡組和會聚成像 組，望遠(yuǎn)物鏡組、方位補償擺鏡、會聚成像組和探測器是從物方到像方同光軸依次設(shè)置的， 來自物方的光線依次通過望遠(yuǎn)物鏡組、方位補償擺鏡、會聚成像組，最后成像到探測器上的 焦平面上。
[0031] 方位掃描轉(zhuǎn)臺采用兩軸轉(zhuǎn)臺，可實現(xiàn)勻速水平周掃和上下俯仰調(diào)節(jié)，紅外光學(xué)系 統(tǒng)、探測器和方位補償擺鏡等設(shè)備在安裝時同轉(zhuǎn)臺平臺保持一致，這樣轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動后，360° 成像在一個水平面上，若紅外光學(xué)系統(tǒng)、探測器和方位補償擺鏡等設(shè)備同轉(zhuǎn)臺平臺存在傾 斜角，成像將出現(xiàn)傾斜，無法實現(xiàn)無縫拼接。轉(zhuǎn)臺的俯仰角度，將決定最終成像的俯仰角度， 實現(xiàn)不同高度景物成像。
[0032] 方位補償擺鏡本質(zhì)上是一個平面反射鏡，其旋轉(zhuǎn)軸與平面反射鏡的法線垂直，且 方位補償擺鏡以與方位掃描轉(zhuǎn)臺相反的方向擺動，同轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動方向相互補償。在周掃狀態(tài) 下控制掃描擺鏡速度匹配轉(zhuǎn)臺速度，實現(xiàn)成像視場的相對靜止，達(dá)到光學(xué)補償?shù)哪康摹?br>[0033] 另外，方位補償擺鏡的中軸連接擺鏡電機，擺鏡電機控制擺鏡自身的擺動，實現(xiàn)視 場的偏移。光學(xué)補