本發(fā)明屬于圖像成像，涉及一種應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法。

背景技術(shù)：

1、相機(jī)的分辨率要求越來(lái)越高。以往全景相機(jī)主要應(yīng)用線性陣列探測(cè)器或小面積陣列紅外探測(cè)器，但是其像元體積少、分辨率低圖像質(zhì)量較差。大面積陣列凝視焦平面紅外探測(cè)器因其高質(zhì)量的成像能力，近年來(lái)在航空偵察領(lǐng)域?qū)⑷〈€性陣列或小面陣紅外探測(cè)器。

2、大面積陣列凝視焦平面紅外探測(cè)器件具有良好的成像性能，因此廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離紅外傾斜攝影系統(tǒng)。但是大面陣列凝視焦平面紅外探測(cè)器積分時(shí)間較長(zhǎng)，在高速掃描攝影中在積分時(shí)間內(nèi)像移超過(guò)1/3像元會(huì)導(dǎo)致圖像模糊。為了保證圖像質(zhì)量，降低甚至消除像移的影響就必須采用補(bǔ)償技術(shù)，確保在大面積陣列凝視焦平面紅外探測(cè)器的積分時(shí)間內(nèi)圖像在焦平面上保持穩(wěn)定。而掃描像移的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償本質(zhì)上是一個(gè)空間速度匹配問(wèn)題，因此已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱門方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法，解決大面積陣列凝視焦平面紅外探測(cè)器件由于積分時(shí)間較長(zhǎng)，在高速掃描攝影中在積分時(shí)間內(nèi)像移超過(guò)1/3像元會(huì)導(dǎo)致圖像模糊的問(wèn)題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法，使大面積陣列凝視焦平面的紅外探測(cè)器與旋轉(zhuǎn)鏡筒剛性連接，掃描像移補(bǔ)償鏡的旋轉(zhuǎn)方向與紅外探測(cè)器進(jìn)行掃描像移的方向相反，確保掃描像移補(bǔ)償鏡的補(bǔ)償時(shí)間大于紅外探測(cè)器的積分時(shí)間；掃描成像的時(shí)：當(dāng)掃描像移補(bǔ)償鏡收到旋轉(zhuǎn)鏡筒發(fā)出的照相脈沖后，旋轉(zhuǎn)掃描像移補(bǔ)償鏡開(kāi)始補(bǔ)償鎖住光軸，待紅外探測(cè)器完成積分成像時(shí)，旋轉(zhuǎn)掃描像移補(bǔ)償鏡返回到初始補(bǔ)償位置等待下一個(gè)照相脈沖，之后重復(fù)該過(guò)程，直至整個(gè)掃描成像過(guò)程按照設(shè)定順序完成。

3、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述掃描像移補(bǔ)償鏡包含直流伺服電機(jī)、編碼器、反射鏡、鏡框和控制器；所述反射鏡嵌裝在鏡框內(nèi)；控制器通過(guò)rs422串行通訊，實(shí)時(shí)獲取相機(jī)鏡筒的轉(zhuǎn)速，掃描像移補(bǔ)償鏡的補(bǔ)償速度匹配鏡筒的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)相機(jī)的掃描像移補(bǔ)償功能。

4、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述直流伺服電機(jī)為有限轉(zhuǎn)角無(wú)刷電機(jī)。

5、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的技術(shù)方案，建立掃描像移補(bǔ)償鏡控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描像移補(bǔ)償鏡的速度和位置的控制，進(jìn)而消除由補(bǔ)償鏡筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的掃描像移，具體為：

6、根據(jù)基爾霍夫定律建立直流伺服電機(jī)的電樞電壓的方程：

7、

8、建立直流伺服電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程：

9、te＝kti

10、建立掃描像移補(bǔ)償鏡的力學(xué)方程：

11、jω＝te-tf

12、建立掃描像移補(bǔ)償鏡的電樞反向電動(dòng)勢(shì)方程：

13、e＝keω

14、建立掃描像移補(bǔ)償鏡的阻力力矩方程：

15、tf＝kfω+t0

16、在公式中，u是繞組端子電壓，e是電機(jī)電樞的反向電動(dòng)勢(shì)，r為電機(jī)電樞電阻，l為電機(jī)電樞電感，i是流過(guò)電機(jī)電樞的電流，ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速，j為負(fù)載等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kt為力矩系數(shù)，tf為阻力力矩，kf為風(fēng)阻系數(shù)，ta為接觸阻力矩，ke是反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。

17、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述掃描像移補(bǔ)償鏡控制系統(tǒng)采用電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，速度環(huán)路作為中間環(huán)，位置環(huán)路作為外環(huán)反饋控制，結(jié)合速度前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制策略，編碼器用于位置環(huán)中定位反饋，編碼器的差值用作速度反饋。

18、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法，旨在解決大面陣紅外探測(cè)器掃描攝影掃描像移導(dǎo)致的問(wèn)題。分析掃描像移補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制?；诳焖俜瓷溏R的像移補(bǔ)償控制方法，像移補(bǔ)償控制方法實(shí)驗(yàn)和用于驗(yàn)證像移和快速反射鏡速度匹配的機(jī)上實(shí)驗(yàn)。相比于傳統(tǒng)的固定速度補(bǔ)償方法可以將動(dòng)態(tài)分辨率從22lp/mm提高到26lp/mm驗(yàn)證了補(bǔ)償方法的有效性。

技術(shù)特征：

1.應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法，其特征在于，使大面積陣列凝視焦平面的紅外探測(cè)器與旋轉(zhuǎn)鏡筒剛性連接，掃描像移補(bǔ)償鏡的旋轉(zhuǎn)方向與紅外探測(cè)器進(jìn)行掃描像移的方向相反，確保掃描像移補(bǔ)償鏡的補(bǔ)償時(shí)間大于紅外探測(cè)器的積分時(shí)間；掃描成像的時(shí)：當(dāng)掃描像移補(bǔ)償鏡收到旋轉(zhuǎn)鏡筒發(fā)出的照相脈沖后，旋轉(zhuǎn)掃描像移補(bǔ)償鏡開(kāi)始補(bǔ)償鎖住光軸，待紅外探測(cè)器完成積分成像時(shí)，旋轉(zhuǎn)掃描像移補(bǔ)償鏡返回到初始補(bǔ)償位置等待下一個(gè)照相脈沖，之后重復(fù)該過(guò)程，直至整個(gè)掃描成像過(guò)程按照設(shè)定順序完成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法，其特征在于，所述掃描像移補(bǔ)償鏡包含直流伺服電機(jī)、編碼器、反射鏡、鏡框和控制器；所述反射鏡嵌裝在鏡框內(nèi)；控制器通過(guò)rs422串行通訊，實(shí)時(shí)獲取相機(jī)鏡筒的轉(zhuǎn)速，掃描像移補(bǔ)償鏡的補(bǔ)償速度匹配鏡筒的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)相機(jī)的掃描像移補(bǔ)償功能。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法，其特征在于，所述直流伺服電機(jī)為有限轉(zhuǎn)角無(wú)刷電機(jī)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法，其特征在于，建立掃描像移補(bǔ)償鏡控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描像移補(bǔ)償鏡的速度和位置的控制，進(jìn)而消除由補(bǔ)償鏡筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的掃描像移，具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法，其特征在于，所述掃描像移補(bǔ)償鏡控制系統(tǒng)采用電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，速度環(huán)路作為中間環(huán)，位置環(huán)路作為外環(huán)反饋控制，結(jié)合速度前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制策略，編碼器用于位置環(huán)中定位反饋，編碼器的差值用作速度反饋。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)應(yīng)用快速反射鏡實(shí)時(shí)補(bǔ)償大面陣列紅外焦平面掃描像移的方法，使大面積陣列凝視焦平面的紅外探測(cè)器與旋轉(zhuǎn)鏡筒剛性連接，掃描像移補(bǔ)償鏡的旋轉(zhuǎn)方向與紅外探測(cè)器進(jìn)行掃描像移的方向相反，確保掃描像移補(bǔ)償鏡的補(bǔ)償時(shí)間大于紅外探測(cè)器的積分時(shí)間；掃描成像的時(shí)：當(dāng)掃描像移補(bǔ)償鏡收到旋轉(zhuǎn)鏡筒發(fā)出的照相脈沖后，旋轉(zhuǎn)掃描像移補(bǔ)償鏡開(kāi)始補(bǔ)償鎖住光軸，待紅外探測(cè)器完成積分成像時(shí)，旋轉(zhuǎn)掃描像移補(bǔ)償鏡返回到初始補(bǔ)償位置等待下一個(gè)照相脈沖，之后重復(fù)該過(guò)程，直至整個(gè)掃描成像過(guò)程按照設(shè)定順序完成。本發(fā)明解決了大面積陣列凝視焦平面紅外探測(cè)器件由于積分時(shí)間較長(zhǎng)，在高速掃描攝影中在積分時(shí)間內(nèi)像移超過(guò)1/3像元會(huì)導(dǎo)致圖像模糊的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：賈麗,張立峰,李巖,江志浩,邵毓,崔景禮,石鵬,張智強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍91977部隊(duì)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14