[實用新型]基于實時視軸跟蹤的像移補償結構

有效

• 申請號: 201520372339.4
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN204790573U
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 韓貴丞;舒嶸;王義坤;亓洪興;周潘偉;劉敏;姚波
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及像移補償結構，具體涉及一種基于實時視軸跟蹤的像移補償結構。

背景技術

在CCD方法迅速發展的今天，依靠億元級探測器可以實現機載大視場高分辨率可見光遙感成像。但國內中長波紅外探測器仍然停留在十萬元級，在有高地面分辨率要求的前提下，很難依靠固定紅外成像系統實現大視場(超過30°)成像。

為滿足高分辨率大視場機載遙感成像，需要對紅外成像系統在翼展方向進行掃描成像，利用時間上的多次成像組合成空間上的高分辨率寬幅成像。面陣成像系統單幅成像過程需要一定的曝光時間，在該時間內成像系統位置變化會造成成像圖像的運動模糊，即像移。曝光時間越長，系統位置變化越快，引起的模糊越嚴重，像移也越大。因此在掃描成像過程中，不采用像移補償方法會造成圖像產生像移。

在成像系統曝光過程中，飛機姿態的變化也會造成圖像產生像移。在成像曝光過程中，同樣需要對這種原因造成的像移進行補償。

大多數補償方法控制掃描機構以某一速度v₁勻速掃描，控制補償鏡在曝光時間內以1/2×v₁速度反向勻速運動轉動，從而達到實時像移補償功能。此方法成功的前提是保證成像區域內擺掃的勻速性，若勻速性控制得不好，補償鏡仍按照事先計算的速度進行補償，則必然導致補償效果欠佳。尤其是針對面陣掃描的機載紅外成像系統，掃描機構的轉動慣量較大、動平衡很難配平造成勻速控制難、控制精度低。

部分掃描機構采用步進方式進行大視場掃描：在掃描過程中需要曝光成像時，機構停止掃描并保持穩定后開始曝光；曝光完成后，掃描機構繼續進行掃描。這種控制方案從根本上消除了曝光時刻的掃描運動，不再產生像移。但由于需要對掃描機構反復進行“啟-停”控制，狀態轉換過程需要較長時間進行機構穩定，不利于成像系統進行高幀頻成像。

此外上述補償方法不能對飛機姿態變化進行修正，需外加穩定平臺，增加了系統成本和機械機構。

發明內容

綜上所述，如何對面陣掃描的機載紅外成像系統在曝光時間內進行高精度高幀頻的像移補償和姿態穩定是本發明所要解決的方法問題。

本專利的結構包括紅外面陣相機1、補償鏡機構2、掃描機構3、姿態測量儀4；補償鏡機構2包括補償鏡、補償鏡電機、補償軸、角度傳感器以及固定聯接結構組成；掃描機構3由掃描安裝框架3-2、掃描電機3-1、掃描軸3-3、角度傳感器以及固定聯接結構組成；紅外面陣相機1和補償鏡機構2安裝在掃描安裝框架3-2上；掃描機構3的掃描軸3-3與掃描電機3-1安裝在支撐架上，由掃描電機3-1帶動掃描安裝框架3-2圍繞掃描軸3-3進行轉動；姿態測量儀4安裝固定在支撐架上。

高速實時獲取成像系統的掃描角度和姿態信息，利用控制領域經典的PID三環(位置環、速度環、電流環)控制算法(圖1)，驅動補償電機電機帶動剛性連接的補償鏡實現像移補償和姿態穩定，像移補償方法具體步驟如下：

1)成像系統進行飛機翼展掃描成像。

2)通過姿態傳感器實時輸出成像系統姿態信息，即成像系統所在平面與地平面夾角。通過角度傳感器實時輸出視軸在大視場掃描過程中相對于成像系統所在平面的夾角；

3)利用1)獲取的數據計算出視軸相對地平面的夾角；

4)在某一幀曝光起始時刻，記錄視軸初始位置；

5)曝光持續過程中，實時計算視軸當前位置與初始位置的角位置增量

6)將作為補償電機的位置環PID命令輸入，控制補償鏡反向轉動到角位置，保證補償后探測器視軸對應物點始終穩定在初始視軸對應物點，實現翼展擺掃像移的實時補償和系統姿態的實時穩定；

7)曝光結束后，像移補償電機返回初始零位，完成一個補償周期。并等待下一個曝光過程。

本專利的優點在于：

(1)本專利控制方式簡單，控制精度高。

本專利不再要求對轉動慣量大，動平衡差的面陣掃描機構進行勻速控制；而是加強對轉動慣量小，動平衡好的補償鏡進行控制，使其實現對掃描機構和飛機姿態變化的反向跟蹤補償。控制方案由大慣量系統勻速控制和小慣量系統勻速控制更改為控制小慣量系統追蹤大慣量系統運動，在同樣的運動控制算法(經典PID)下，減輕了控制難度，并可以達到更高的控制精度，獲得更好的像移補償和姿態補償效果。

(2)本專利適用于高幀頻成像。