本實用新型涉及一種紅外成像快速自動聚焦裝置，尤其涉及一種基于位置記憶的紅外成像快速自動聚焦裝置。

背景技術：

在紅外成像中，現(xiàn)在普遍使用的是基于純圖像銳度計算進行自動聚焦的技術，由于其始終不能精確確定清晰成像聚焦區(qū)域的位置，所以其存在嚴重缺陷，現(xiàn)有技術的紅外成像聚焦主要有以下問題：1、自動聚焦時間過長，由于無法獲知清晰成像聚焦點的準確位置，只能采用來回掃描逐步逼近，一般要3次以上才能完成聚焦，且不能保證每次都能找到清晰點，不可避免“拉風箱”問題。2、無法全溫度段工作，電機的驅(qū)動力隨著溫度變化很大，低溫時轉動降低，高溫時轉速升高。鏡頭的機構件由于潤滑脂性能高低溫差異也很大，以上就導致溫度變化時，來回掃描方式會無法保證能找尋到聚焦位，自動聚焦無法覆蓋全溫度段。3、功耗偏大，調(diào)焦電機的功耗比較大，特別是來回掃描動引起電機急停和卡頓，對電池沖擊很大，表現(xiàn)為當電池電量較低時，自動聚焦直接導致整機掉電關機。4、成功率低，使用環(huán)境受限?；诩儓D像的自動聚焦采用的是多次掃描逼近的方法，所以就要求在此過程中，圖像不能有變化，否則就無法找到清晰點，這導致在如運動車輛、船上等晃動環(huán)境下使用是，成功率低。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型解決的技術問題是：構建一種基于位置記憶的紅外成像快速自動聚焦裝置，克服現(xiàn)有技術紅外成像過程中，自動聚焦時間過長，無法全溫度段工作，功耗偏大，成功率低的技術問題。

本實用新型的技術方案是：提供一種基于位置記憶的紅外成像快速自動聚焦裝置，包括驅(qū)動電機、主鏡筒、調(diào)焦環(huán)、調(diào)焦鏡片組、電位計，所述驅(qū)動電機連接所述調(diào)焦環(huán)，所述調(diào)焦環(huán)轉動時帶動調(diào)焦鏡片組移動實現(xiàn)調(diào)焦動作，所述電位計連接所述調(diào)焦環(huán)，所述主鏡筒連接所述調(diào)焦鏡片組，所述驅(qū)動電機驅(qū)動所述調(diào)焦環(huán)轉動，所述調(diào)焦環(huán)驅(qū)動調(diào)焦鏡片組移動的同時帶動所述電位計輸出電阻相關信號。

本實用新型的進一步技術方案是：所述電位計與所述調(diào)焦環(huán)隨動連接。

本實用新型的進一步技術方案是：所述驅(qū)動電機與所述調(diào)焦環(huán)嚙合連接。

本實用新型的進一步技術方案是：所述電位計與所述調(diào)焦環(huán)嚙合連接。

本實用新型的進一步技術方案是：所述驅(qū)動電機為直流減速電機。

本實用新型的進一步技術方案是：還包括電流檢測模塊，所述電位計連接所述電流檢測模塊。

本實用新型的進一步技術方案是：還包括電壓檢測模塊，所述電位計連接所述電壓檢測模塊。

本實用新型的進一步技術方案是：將所述驅(qū)動電機的轉動方向與所述電位計的移動方向關聯(lián)。

本實用新型的技術效果是：構建一種基于位置記憶的紅外成像快速自動聚焦裝置，包括驅(qū)動電機、主鏡筒、調(diào)焦環(huán)、調(diào)焦鏡片組、電位計，所述驅(qū)動電機連接所述調(diào)焦環(huán)，所述調(diào)焦環(huán)轉動時帶動調(diào)焦鏡片組移動實現(xiàn)調(diào)焦動作，所述電位計連接所述調(diào)焦環(huán)，所述主鏡筒連接所述調(diào)焦鏡片組，所述驅(qū)動電機驅(qū)動所述調(diào)焦環(huán)轉動，所述調(diào)焦環(huán)驅(qū)動調(diào)焦鏡片組移動的同時帶動所述電位計輸出電阻相關信號。本實用新型一種基于位置記憶的紅外成像快速自動聚焦裝置，通過電位計絕對位置定位功能，聚焦速度快，由于能精確定位聚焦點位置，所以自動搜索模式聚焦動作只要來回一次掃描就能完成，特別是加入手動設定記憶功能，聚焦動作一次到位。本實用新型技術方案，首先避免了“拉風箱”式來回掃描，電機動作時間短，其次避免了電機的急停和卡頓對電池沖擊小。可靠性高，由于可以準確的知道調(diào)焦環(huán)的位置，可以有效防止調(diào)焦環(huán)過沖或卡死。

附圖說明

圖1為本實用新型的實施原理圖。

圖2為本實用新型的實施結構圖。

圖3為本發(fā)明通過電流變化進行電路檢測的電位計實施結構圖。

圖4為本發(fā)明可控分壓電路檢測的電位計實施結構圖。

圖5為本發(fā)明分壓電路檢測的電位計實施結構圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，對本實用新型技術方案進一步說明。

如圖1、圖2所示，本實用新型構建一種基于位置記憶的紅外成像快速自動 聚焦裝置，包括驅(qū)動電機1、主鏡筒2、調(diào)焦環(huán)3、調(diào)焦鏡片組4、電位計5，所述驅(qū)動電機1連接所述調(diào)焦環(huán)3，所述調(diào)焦環(huán)3轉動時帶動調(diào)焦鏡片組4移動實現(xiàn)調(diào)焦動作，所述電位計4連接所述調(diào)焦環(huán)3，所述主鏡筒2連接所述調(diào)焦鏡片組4，所述驅(qū)動電機1連接所述調(diào)焦環(huán)3，所述驅(qū)動電機1驅(qū)動所述調(diào)焦環(huán)3轉動，所述電位計5連接所述調(diào)焦環(huán)3，所述主鏡筒2連接所述調(diào)焦鏡片組4，所述調(diào)焦環(huán)3驅(qū)動調(diào)焦鏡片組4移動的同時帶動所述電位計5輸出電阻相關信號，所述調(diào)焦環(huán)3轉動時帶動調(diào)焦鏡片組4移動實現(xiàn)調(diào)焦動作，在所述調(diào)焦環(huán)轉動時，通過電位計5的實時電阻值特征確定所述調(diào)焦鏡片組4的位置，將所述調(diào)焦鏡片組4的位置移動到清晰成像位置區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確聚焦。所述電位計4隨著所述調(diào)焦環(huán)3轉動進行移動并輸出電阻相關信號的變化。

本實用新型一種基于位置記憶的紅外成像快速自動聚焦裝置工作過程如下：

設置預定位置：調(diào)焦鏡片組4掃描獲取清晰成像區(qū)域或通過預設位置確定調(diào)焦鏡片組4清晰成像位置區(qū)域及獲取相應的電位計5輸出的信號。

要準確快速的實現(xiàn)自動聚焦操作必須解決兩個問題：確定清晰聚焦點的位置和快速到達目標位。關于清晰點聚焦的一些說明：絕對的清晰點只是理論計算的結果，實際使用時很難保證；在理論的絕對清晰點附近的一個范圍內(nèi)成像效果能滿足觀察識別要求，可以認為是清晰的，所以清晰位置是一個范圍值。關于電機控制，直流減速電機具有驅(qū)動平順，驅(qū)動力矩范圍寬，溫度適應范圍廣的特點，但是不方便精確控制；為實現(xiàn)對直流電機的運動精度控制，將電機的直流控制信號進行占空(PWM)設置，使之脈沖化；直流電機不具備剎車功能，必須通過逼近算法消除運動沖量。

紅外熱成像鏡頭調(diào)焦過程本質(zhì)就是調(diào)整物鏡和調(diào)焦鏡片組之間的距離，實 現(xiàn)對遠近不同物體清晰成像，整體結構如圖2所示，調(diào)焦鏡片組4固定安裝于調(diào)焦鏡片座上，調(diào)焦鏡片座可以在主鏡筒內(nèi)側上下滑動，調(diào)焦環(huán)3繞主鏡筒轉動，導銷穿過調(diào)焦環(huán)凸輪槽和主鏡筒上的導銷直線滑槽，固定到調(diào)焦鏡片座上，調(diào)焦環(huán)3轉動時壓迫導銷在導銷直線滑槽內(nèi)上下滑動，導銷與調(diào)焦鏡片座固定，實現(xiàn)調(diào)教操作。在鏡頭結構使用齒輪驅(qū)動，電機驅(qū)動齒輪和調(diào)焦環(huán)齒輪嚙合，通過電機轉動帶動調(diào)焦輪轉動實現(xiàn)調(diào)焦，調(diào)焦輪齒輪和電位計隨動齒輪嚙合，驅(qū)動電位計輸出電阻變化信號，實現(xiàn)調(diào)焦的定位功能。電阻值無法進行直接測量，須將之轉化成電壓或者電流信號通過專用的測試及模/數(shù)轉換電路進行簡介測量，本實用新型專利公開以下三種硬件配置方案。

如圖3所示，穩(wěn)壓恒定電源電壓U，電位計電阻R，匹配用高精度電阻R₀，則輸入電流檢測芯片的電流值I為：其工作原理就是將電位計的電阻信號轉化為可供測量的電流信號，用電流測量芯片轉化了處理器可識別的數(shù)字信號。通過調(diào)整高精度電阻R₀的值，就可以控制檢測電流I，高精度電阻R₀對測試電路起保護作用。

以上計算公式表示：電位計的電阻值R和檢測電流I是一一對應的關系，通過檢測電流I，就可以獲得調(diào)焦鏡片組4的實時位置。

如圖4所示，穩(wěn)壓恒定電源電壓U，電位計電阻R，保護用高精度電阻R₀，則輸入的電壓值V為：其工作原理就是將電位計的電阻信號轉化為可供測量的電壓信號，用電壓測量芯片轉化為處理器可識別的數(shù)字信號。高精度電阻R₀，起保護作用，通過調(diào)節(jié)R₀阻值的大小可以調(diào)整輸入電壓檢測芯片的電壓范圍。

以上計算公式表示：電位計5的電阻值R和檢測電壓V是一一對應的關系，通過檢測電壓V，就可以獲得調(diào)焦鏡片組4的實時位置。

如圖5所示，穩(wěn)壓恒定電源電壓U，測試腳電位計電阻R，電位計總電阻R_Z，則輸入的電壓值V為：

其工作原理就是將電位計的電阻信號轉化為可供測量的電壓信號，用電壓測量芯片轉化為處理器可識別的數(shù)字信號。與圖4所述硬件架構相比取消了保護用高精度電阻R₀，硬件架構更加簡單。

以上計算公式表示：電位計的電阻值R和檢測電壓V是一一對應的關系，通過檢測電壓V，就可以獲得調(diào)焦鏡片組的實時位置。

本專利采用了電位計5絕對位置記憶+圖像銳度識別算法，所以能提供自動判別和手動設定兩種模式確定清晰點位置。

自動判別清晰成像位置區(qū)域方法如下：設初始位置的電壓或者電流值為：R，電位計清晰成像位置所處位置為：R₀。

由R與電位計的電阻值一一對應，即調(diào)焦鏡片組4的每一個位置信息都有對應的R。

自動判別清晰點流程：

設置掃描范圍(R_min，R_max)，在此范圍內(nèi)熱成像的鏡頭能對近處至無窮遠的目標清晰成像。讀取調(diào)焦鏡片組4的位置特征值R，對比R-R_min和R_max-R兩個值，判斷鏡片組離哪端近。全速將調(diào)焦鏡片組4移動到最近端R＝R_min或R＝R_max對應的調(diào)焦鏡片組的位置。控制驅(qū)動電機1驅(qū)動調(diào)焦鏡片組從一端往另一端移動，以一定頻率分析成像圖片的灰度值，并同時記錄此灰度值時的位置特征值R。分析完(R_min，R_max)范圍后，根據(jù)灰度值的變化規(guī)律可以判斷圖像的成像情況，得到銳度值最優(yōu)的即為成像清晰點位置，此位置的特征值R即為清晰點電位計5所處 位置對應的電阻值為：R₀。

手動設定清晰點：

手動調(diào)焦，人眼觀察成像，當調(diào)焦至圖像清晰位置時，按下記憶鍵，系統(tǒng)自動記錄此處的位置電位計5對應的電阻值R₀。

調(diào)焦：所述驅(qū)動電機1驅(qū)動所述調(diào)焦環(huán)3轉動，所述調(diào)焦環(huán)3驅(qū)動調(diào)焦鏡片組4移動的同時帶動所述電位計5輸出電阻相關信號，在所述調(diào)焦環(huán)3轉動時，通過電位計5的實時電阻值特征確定所述調(diào)焦鏡片組4的位置，將所述調(diào)焦鏡片組4的位置移動到清晰成像位置區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確聚焦。

具體實施過程如下：所述驅(qū)動電機1連接所述調(diào)焦環(huán)3，所述驅(qū)動電機1驅(qū)動所述調(diào)焦環(huán)3轉動，所述電位計5連接所述調(diào)焦環(huán)3，所述主鏡筒2連接所述調(diào)焦鏡片組4，所述調(diào)焦環(huán)3驅(qū)動調(diào)焦鏡片組4移動的同時帶動所述電位計5輸出電阻相關信號，所述調(diào)焦環(huán)3轉動時帶動調(diào)焦鏡片組4移動實現(xiàn)調(diào)焦動作，在所述調(diào)焦環(huán)轉動時，通過電位計5的實時電阻值特征確定所述調(diào)焦鏡片組4的位置，將所述調(diào)焦鏡片組4的位置移動到清晰成像位置區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確聚焦。具體實施例中，通過電位計5的實時電阻值確定所述調(diào)焦鏡片組的位置，在所述調(diào)焦鏡片組4的位置進入預定位置區(qū)域時，所述驅(qū)動電機1驅(qū)動速度降低，使所述調(diào)焦鏡片組4的位置慢慢進入清晰成像位置區(qū)域，然后進入清晰成像位置，這樣可以獲得清晰圖像。具體實施例中，為方便進行驅(qū)動控制，所述驅(qū)動電機1為直流電機，通過直流電機可以更加精確地控制調(diào)焦速度。

如圖2所示，具體實施例中，所述驅(qū)動電機1與所述調(diào)焦鏡片組4嚙合連接，所述電位計5與所述調(diào)焦鏡片組4嚙合連接。所述調(diào)焦鏡片組的嚙合轉動帶動所述電位計輸出電阻信號的變化。

如圖1所示，本實用新型的優(yōu)選實施方式是：由于通過電路將電位計的阻 值變化轉換成對應的電壓或者電流，設精確成像位置的電壓或者電流值為：R₀，設調(diào)焦所處位置為：R。為防止進入死循環(huán)，設當R∈[R₀*(1-μ),R₀*(1+μ)]時可認為已到達預置調(diào)焦點，μ為精度系數(shù)，設定一個具體值，以防止進入死循環(huán)。由于運動物體都有沖量，且運動速度越快沖量越大，所以存在聚焦速度與聚焦精度的矛盾，為解決此問題，將調(diào)焦鏡片向清晰點逼近的行程劃分成全速運動區(qū)域和精確控制區(qū)域。本實用新型在驅(qū)動所述調(diào)焦鏡片組4移動時，進入清晰成像區(qū)域前，所述調(diào)焦鏡片組4以正常速度移動，進入清晰成像區(qū)域后，所述調(diào)焦鏡片組4降低速度，慢慢逼近清晰成像位置。

所述驅(qū)動電機1運動方向可由驅(qū)動腳的電壓差進行配置，即可有紅外熱成像的處理芯片通過端口輸出(1，0)和(0，1)信號控制電機的正轉和反轉。具體實施例中，可以規(guī)定正轉方向為電位計特征信號R增大方向，反之為反轉方向。

本實用新型的技術效果是：構建一種基于位置記憶的紅外成像快速自動聚焦裝置，包括驅(qū)動電機1、主鏡筒2、調(diào)焦環(huán)3、調(diào)焦鏡片組4、電位計5，所述驅(qū)動電機1連接所述調(diào)焦環(huán)3，所述調(diào)焦環(huán)3轉動時帶動調(diào)焦鏡片組4移動實現(xiàn)調(diào)焦動作，所述電位計4連接所述調(diào)焦環(huán)3，所述主鏡筒2連接所述調(diào)焦鏡片組4，所述調(diào)焦鏡片組4的清晰成像位置區(qū)域通過所述調(diào)焦鏡片組4掃描獲取或預設位置確定，所述驅(qū)動電機1驅(qū)動所述調(diào)焦環(huán)轉動，所述調(diào)焦環(huán)3驅(qū)動調(diào)焦鏡片組4移動的同時帶動所述電位計5輸出電阻相關信號，在所述調(diào)焦環(huán)轉動時，通過電位計的實時電阻值特征確定所述調(diào)焦鏡片組的位置，將所述調(diào)焦鏡片組的位置移動到清晰成像位置區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確聚焦。本實用新型一種基于位置記憶的紅外成像快速自動聚焦裝置，在基于圖像銳度的自動算法基礎上，加上電位計絕對位置定位功能和逼近算法，彌補了其不足。聚焦速度快，由于能精確定 位聚焦點位置，所以自動搜索模式聚焦動作只要來回一次掃描就能完成，特別是加入手動設定記憶功能，聚焦動作一次到位。溫度適應范圍寬，通過電位計精確定位，在算法上加入了溫度補償公式，所以聚焦動作能不受溫度及電機性能變化影響，適應各個溫度段。省電，首先避免了“拉風箱”式來回掃描，電機動作時間短，其次通過逼近算法的使用，避免了電機的急停和卡頓對電池沖擊小。可靠性高，由于可以準確的知道調(diào)焦環(huán)的位置，可以有效防止調(diào)焦環(huán)過沖或卡死。

以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。