双视场热像仪智能控制系统及方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310608886.3

申请日:

2013.11.27

公开号:

CN103616897A

公开日:

2014.03.05

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

专利权质押合同登记的生效IPC(主分类):G05D 3/12登记号:2017370000213登记生效日:20171228出质人:山东神戎电子股份有限公司质权人:威海市商业银行股份有限公司济南分行发明名称:双视场热像仪智能控制系统及方法申请日:20131127授权公告日:20160406|||专利权质押合同登记的注销IPC(主分类):G05D 3/12授权公告日:20160406申请日:20131127登记号:2016370000102出质人:山东神戎电子股份有限公司质权人:威海市商业银行股份有限公司济南分行解除日:20171225|||专利权质押合同登记的生效IPC(主分类):G05D 3/12登记号:2016370000102登记生效日:20161209出质人:山东神戎电子股份有限公司质权人:威海市商业银行股份有限公司济南分行发明名称:双视场热像仪智能控制系统及方法申请日:20131127授权公告日:20160406|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G05D 3/12申请日:20131127|||公开

IPC分类号:

G05D3/12

主分类号:

G05D3/12

申请人:

山东神戎电子股份有限公司

发明人:

丁鉴彬; 徐玉惠; 刘维栋; 刘涛; 李鹏

地址:

250101 山东省济南市高新开发区舜华路1号齐鲁软件园创业广场F座A312

优先权:

专利代理机构:

济南泉城专利商标事务所 37218

代理人:

褚庆森

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内容摘要

本发明的双视场热像仪智能控制系统,包括红外镜头、热成像探测器、微处理器、步进电机、限位开关,特征在于:微处理器通过电机驱动电路驱使步进电机工作,微处理器的输入端连接有光电编码器和温度传感器。本发明的控制方法,包括:a).检测状态;b).移动至起始位置;c).确定大视场距离;d).移动至大视场位置;e).是否需视场切换;f).确定位置、温度;g).获取基准温度;h).是否需要位置补偿;i).切换至小视场;j).确定聚焦偏移量;k).正向补偿;l).反向补偿。本发明的热像仪,可实现不同温度下的视场聚焦位置补偿,精确可靠,运行稳定,满足视场快速切换,可广泛用于武器装备、侦察监控、人员搜救等诸多领域。

权利要求书

权利要求书
1.  一种双视场热像仪智能控制系统,包括红外镜头(11)、热成像探测器(10)、微处理器(2)、驱使红外镜头运动的步进电机(5)、检测红外镜头起始位置的限位开关(1),红外镜头采集视场中的红外线,热成像探测器将光信号转化为电信号,限位开关与微处理器的输入端相连接;其特征在于:所述微处理器通过电机驱动电路(6)驱使步进电机(5)工作,微处理器的输入端连接有采集步进电机运动状态的光电编码器(8);微处理器还连接有用于采集外界环境温度的温度传感器(9)。

2.  根据权利要求1所述的双视场热像仪智能控制系统,其特征在于:所述微处理器(2)通过RS232驱动电路(4)控制热成像探测器的成像参数;微处理器通过RS485驱动电路(7)连接有上位机(12)。

3.  根据权利要求1或2所述的双视场热像仪智能控制系统,其特征在于:所述微处理器(2)连接有用于数据存储的EEPROM存储器(3)。

4.  一种基于权利要求1所述的双视场热像仪智能控制系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
a).检测限位开关状态,系统上电后,微处理器(2)通过检测限位开关(1)的状态,来判断红外镜头(11)是否处于起始位置,如果处于起始位置,则执行步骤c);如果不处于起始位置,则执行步骤b);
b).移动至起始位置,步进电机正向转动驱使红外镜头运动至起始位置,执行步骤c);
c).确定大视场距离,微处理器从EEPROM存储器中读取大视场的数据信息,并确定大视场与红外镜头起始位置的距离                                               ;
d).移动至大视场位置,步进电机反向转动驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器输出的红外镜头的位置信息与相等时,则表明红外镜头已运动至大视场位置;
e).判断是否进行视场切换,判断是否接收到上位机发送的从大视场切换至小视场的指令,如果收到则执行步骤f);如果没有收到,则继续等待;
f).确定视场位置和温度,获取需要切换到的目标视场位置,并通过温度传感器采集外界的温度;
g).获取基准温度,微处理器从EEPROM存储器中读取基准温度;
h).判断是否需要位置补偿,设为温度变化基准,判断与的大小关系,如果>,则表明外界温度变化已经超出变化基准,需要进行聚焦位置的补偿,执行步骤j);如果≤,则表明外界温度变化在变化基准范围内,无需进行聚焦位置的补偿,执行步骤i);
i).切换至小视场位置,微控制器通过步进电机驱使红外镜头向小视场位置运动,当检测到光电编码器的输出信息=,停止步进电机的转动,此时已切换至小视场位置;
j).确定聚焦偏移量,如果为正数,则需要正向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM中读取聚焦偏移量,执行步骤k);如果为负数,则需要反向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM存储器中读取聚焦偏移量,执行步骤l);
k).正向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=时,停止步进电机的转动,带正向位置补偿的视场切换到位;
l).反向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=-时,停止步进电机的转动,带反向位置补偿的视场切换到位。

5.  根据权利要求4所述的双视场热像仪智能控制系统的控制方法,其特征在于:所述步骤d)中还包括大视场的聚焦位置补偿步骤:
d-1).采集外界温度,通过温度传感器采集外界的温度;
d-2).获取基准温度,微处理器从EEPROM存储器中读取基准温度;
d-3).判断是否需要位置补偿,判断与的大小关系,如果>,则表明外界温度变化已经超出变化基准,需要进行聚焦位置的补偿,执行步骤d-4);如果≤,则表明外界温度变化在变化基准范围内,无需进行聚焦位置的补偿,执行步骤e);
d-4).确定聚焦偏移量,如果为正数,则需要正向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM中读取聚焦偏移量,执行步骤d-5);如果为负数,则需要反向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM存储器中读取聚焦偏移量,执行步骤d-6);
d-5).正向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=时,停止步进电机的转动,表明大视场的正向位置补偿完成;
d-6).反向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=-时,停止步进电机的转动,表明大视场的反向位置补偿完成。

说明书

说明书双视场热像仪智能控制系统及方法
技术领域
 本发明涉及一种双视场热像仪智能控制系统及方法,更具体的说,尤其涉及一种对双视场热像仪可进行快速准确视场切换、根据环境温度变化进行聚焦位置智能补偿的双视场热像仪智能控制系统及方法。
背景技术
红外线因其波长过长,无法被人眼感知,属于不可见光。作为电磁频谱的一部分,我们可探测其热度。只要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射热量。热成像技术是一种通过使用红外成像测量仪“查看”或“测量”物体辐射热能的技术。热成像探测器上的红外光学镜头将从物体发出的红外线聚焦。探测器向传感器电子元件发送信息,以便进行图像处理。电子元件将探测器发来的数据转译成可在取景器或标准视频监视器上查看的图像。红外探测尤其适用于夜间及不良气象条件下的目标探测,具有一定的穿透烟、雾、霾、雪等能力,可实现远距离、全天候观察,广泛应用于国防、工业、医疗、安防监控等领域。
双视场热像仪可以实现大视场的目标搜索瞄准和小视场的跟踪捕获,与单视场热像仪相比,功能全面,应用方便,可以满足多个模式下工作;与连续变倍热像仪相比,开发成本低,设计周期短,光学系统更加简捷、实用。
在实际应用中,双视场热像仪在进行视场切换时,要求快速准确,以满足对目标的搜索和捕获的要求。在环境温度发生较大变化时,因为红外镜片本身特性,聚焦位置会发生偏移,造成成像不够清晰,影响监控效果。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点,提供了一种的双视场热像仪智能控制系统及方法。
本发明的双视场热像仪智能控制系统,包括红外镜头、热成像探测器、微处理器、驱使红外镜头运动的步进电机、检测红外镜头起始位置的限位开关,红外镜头采集视场中的红外线,热成像探测器将光信号转化为电信号,限位开关与微处理器的输入端相连接;其特征在于:所述微处理器通过电机驱动电路驱使步进电机工作,微处理器的输入端连接有采集步进电机运动状态的光电编码器;微处理器还连接有用于采集外界环境温度的温度传感器。
外界的红外线通过红外镜头进入,热成像探测器将光信号转化为电信号,并可形成视频信号进行输出。微处理器具有信号采集、数据运算和控制输出的作用,微处理器通过电机驱动电路驱使步进电机转动,步进电机带动红外镜头进行移动。微处理器通过限位开关可检测出红外镜头是否处于起始位置,通过光电编码器可获知红外镜头所处的位置信息。通过温度传感器可测得外界的环境温度,以便根据外界的环境温度值进行位置补偿,以获取清晰、准确的红外图像。
本发明的双视场热像仪智能控制系统,所述微处理器通过RS232驱动电路控制热成像探测器的成像参数;微处理器通过RS485驱动电路连接有上位机。微处理器通过RS232驱动电路控制热成像探测器的参数,如对比度、亮度、伪彩色、图像细节增强的调节和控制。通过RS485驱动电路实现与上位机的通讯,可向上位机反馈当前系统的状态信息,如视场状态、镜头位置、环境温度和探测器参数,以方便工作人员实时掌握系统的运行状态。
本发明的双视场热像仪智能控制系统,所述微处理器连接有用于数据存储的EEPROM存储器。
本发明的双视场热像仪智能控制系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
a).检测限位开关状态,系统上电后,微处理器通过检测限位开关的状态,来判断红外镜头是否处于起始位置,如果处于起始位置,则执行步骤c);如果不处于起始位置,则执行步骤b);b).移动至起始位置,步进电机正向转动驱使红外镜头运动至起始位置,执行步骤c);c).确定大视场距离,微处理器从EEPROM存储器中读取大视场的数据信息,并确定大视场与红外镜头起始位置的距离                                               ;d).移动至大视场位置,步进电机反向转动驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器输出的红外镜头的位置信息与相等时,则表明红外镜头已运动至大视场位置;e).判断是否进行视场切换,判断是否接收到上位机发送的从大视场切换至小视场的指令,如果收到则执行步骤f);如果没有收到,则继续等待;f).确定视场位置和温度,获取需要切换到的目标视场位置,并通过温度传感器采集外界的温度;g).获取基准温度,微处理器从EEPROM存储器中读取基准温度;h).判断是否需要位置补偿,设为温度变化基准,判断与的大小关系,如果>,则表明外界温度变化已经超出变化基准,需要进行聚焦位置的补偿,执行步骤j);如果≤,则表明外界温度变化在变化基准范围内,无需进行聚焦位置的补偿,执行步骤i);i).切换至小视场位置,微控制器通过步进电机驱使红外镜头向小视场位置运动,当检测到光电编码器的输出信息=,停止步进电机的转动,此时已切换至小视场位置;j).确定聚焦偏移量,如果为正数,则需要正向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM存储器中读取聚焦偏移量,执行步骤k);如果为负数,则需要反向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM中读取聚焦偏移量,执行步骤l);k).正向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=时,停止步进电机的转动,带正向位置补偿的视场切换到位;l).反向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=-时,停止步进电机的转动,带反向位置补偿的视场切换到位。
步骤a)为通过限位开关的状态判断红外镜头是否处于起始位置,如不处于起始位置则通过步骤b)进行调整;步骤c)为确定大视场与起始位置的距离。步骤d)通过采集光电编码器输出的红外镜头位置信息,将其移至大视场位置。步骤e)为判断是否接收到上位机发送的视场切换指令,如没有收到则继续等待。步骤h)中,通过判断外界温度与基准温度差值的绝对值与温度变化基准的大小来确定是否需要进行聚焦位置的补偿;当>,说明外界温度与系统中存储的基准温度差别较大,红外镜头中镜片的焦距发生了较大的变化,需要进行位置补偿;当≤,说明红外镜头中镜片的焦距变化不明显,无需进行位置补偿。步骤j)中,由于红外光学系统具有较明显的热效应,温度变化时,折射率会发生较大的变化,加之镜筒的热胀冷缩,这将影响光学系统的成像性能,需进行聚焦位置的补偿。
本发明的双视场热像仪智能控制系统的控制方法,所述步骤d)中还包括大视场的聚焦位置补偿步骤:d-1).采集外界温度,通过温度传感器采集外界的温度;d-2).获取基准温度,微处理器从EEPROM存储器中读取基准温度;d-3).判断是否需要位置补偿,判断与的大小关系,如果>,则表明外界温度变化已经超出变化基准,需要进行聚焦位置的补偿,执行步骤d-4);如果≤,则表明外界温度变化在变化基准范围内,无需进行聚焦位置的补偿,执行步骤e);d-4).确定聚焦偏移量,如果为正数,则需要正向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM中读取聚焦偏移量,执行步骤d-5);如果为负数,则需要反向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM存储器中读取聚焦偏移量,执行步骤d-6);d-5).正向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=时,停止步进电机的转动,表明大视场的正向位置补偿完成;d-6).反向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=-时,停止步进电机的转动,表明大视场的反向位置补偿完成。
本发明的有益效果是:本发明的双视场热像仪智能控制系统和控制方法,微控制器通过步进电机带动红外镜头转动,并采集光电编码器的信息,对红外镜头进行准确定位,实现视场的快速精确切换。通过温度传感器判断环境温度相对于基准温度的变化情况,配合EEPROM存储器中数据,计算获得不同温度条件下镜头聚焦位置的变化,驱动步进电机实现对镜头位置的智能补偿,可始终确保高质量的清晰成像。
本发明的双视场热像仪智能控制系统具有以下特点:(1)精确可靠,运行稳定,可作为各种规格的双视场或多视场红外镜头的控制系统使用。(2)应用灵活,操作简捷,满足视场快速切换、并可进行微调等要求。(3)在不同的环境温度条件下,可自行智能调节镜头聚焦位置,无需人工设置,智能高效,准确可靠。可广泛用于武器装备、侦察监控、人员搜救等诸多领域。
附图说明
图1为本发明的双视场热像仪智能控制系统的电路原理图;
图2为本发明的双视场热像仪智能控制系统的控制方法流程图。
图中:1限位开关,2微处理器,3 EEPROM存储器,4 RS232驱动电路,5步进电机,6电机驱动电路,7 RS485驱动电路,8光电编码器,9温度传感器,10热成像探测器,11红外镜头,12上位机。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示,给出了本发明的双视场热像仪智能控制系统的电路原理图,其包括微处理器2、红外镜头11、热成像探测器10、限位开关1、步进电机5、电机驱动电路6、光电编码器8、EEPROM存储器3、温度传感器9;微控制器具有采集、运算和控制作用,外界物体发出的红外线通过红外镜头11进入,热成像探测器10用于将光信号转化为电信号,可形成视频信号并输出。限位开关1用于检测红外镜头11是否处于初始位置,如红外镜头11位于初始位置时限位开关1为低电平,则微控制器检测到限位开关1为低电平状态时,可获知红外镜头11处于初始位置。微控制器2通过温度传感器9可采集外界的实时温度值,以通过外界的温度来确定是否需要对热像仪进行位置补偿,以及位置补偿数值的大小。
微控制器2通过电机驱动电路6驱使步进电机5进行工作,以使步进电机5驱动红外镜头11进行移动。光电编码器8用于测量步进电机5的运动状态,以反应出红外镜头11的位置信息。EEPROM存储器3用于有关数据和参数的存储。微控制器2通过RS232驱动电路4与热成像探测器10相连接,以便控制热成像探测器的参数,如对比度、亮度、伪彩色、图像细节增强的调节和控制。微处理器2通过RS485驱动电路7与上位机12相连接,以实现与上位机12的通讯,可向上位机反馈当前系统的状态信息,如视场状态、镜头位置、环境温度和探测器参数,以方便工作人员实时掌握系统的运行状态。
如图2所示,给出了本发明的双视场热像仪智能控制系统的控制方法的流程图,其可以通过以下步骤来实现:
a).检测限位开关状态,系统上电后,微处理器通2过检测限位开关1的状态,来判断红外镜头11是否处于起始位置,如果处于起始位置,则执行步骤c);如果不处于起始位置,则执行步骤b);
b).移动至起始位置,步进电机5正向转动驱使红外镜头11运动至起始位置,执行步骤c);
c).确定大视场距离,微处理器2从EEPROM存储器3中读取大视场的数据信息,并确定大视场与红外镜头11起始位置的距离;
d).移动至大视场位置,步进电机5反向转动驱使红外镜头11运动,当检测到光电编码器8输出的红外镜头11的位置信息与相等时,则表明红外镜头11已运动至大视场位置;
e).判断是否进行视场切换,判断是否接收到上位机发送的从大视场切换至小视场的指令,如果收到则执行步骤f);如果没有收到,则继续等待;
f).确定视场位置和温度,获取需要切换到的目标视场位置,并通过温度传感器9采集外界的温度;
g).获取基准温度,微处理器2从EEPROM存储器3中读取基准温度;
h).判断是否需要位置补偿,设为温度变化基准,判断与的大小关系,如果>,则表明外界温度变化已经超出变化基准,需要进行聚焦位置的补偿,执行步骤j);如果≤,则表明外界温度变化在变化基准范围内,无需进行聚焦位置的补偿,执行步骤i);
i).切换至小视场位置,微控制器2通过步进电机5驱使红外镜头11向小视场位置运动,当检测到光电编码器8的输出信息=,停止步进电机的转动,此时已切换至小视场位置;
j).确定聚焦偏移量,如果为正数,则需要正向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM存储器中读取聚焦偏移量,执行步骤k);如果为负数,则需要反向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM存储器3中读取聚焦偏移量,执行步骤l);
k).正向补偿,微控制器2通过步进电机5驱使红外镜头11运动,当检测到光电编码器8的输出信息=时,停止步进电机5的转动,带正向位置补偿视场切换到位;
l).反向补偿,微控制器通过步进电机5驱使红外镜头11运动,当检测到光电编码器8的输出信息=-时,停止步进电机5的转动,带反向位置补偿的视场切换到位。
其中,步骤d)中还可包括如下的大视场的聚焦位置补偿步骤:
d-1).采集外界温度,通过温度传感器采集外界的温度;
d-2).获取基准温度,微处理器从EEPROM存储器中读取基准温度;
d-3).判断是否需要位置补偿,判断与的大小关系,如果>,则表明外界温度变化已经超出变化基准,需要进行聚焦位置的补偿,执行步骤d-4);如果≤,则表明外界温度变化在变化基准范围内,无需进行聚焦位置的补偿,执行步骤e);
d-4).确定聚焦偏移量,如果为正数,则需要正向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM中读取聚焦偏移量,执行步骤d-5);如果为负数,则需要反向补偿聚焦位置,根据的大小从EEPROM存储器中读取聚焦偏移量,执行步骤d-6);
d-5).正向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=时,停止步进电机的转动,表明大视场的正向位置补偿完成;
d-6).反向补偿,微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动,当检测到光电编码器的输出信息=-时,停止步进电机的转动,表明大视场的反向位置补偿完成。
如表1所示,给出了30/90mm双视场镜头的焦距、后截距随温度的变化数据表,焦距为30mm时对应大视场,焦距为90mm时对应小视场;表1中的数据存储在EEPROM存储器3中,以备调用。
表1

在大视场、小视场的聚焦位置补偿过程中,基准温度均选取为20℃,可选取为5℃。由于受温度的影响,在20℃时,大视场对应的焦距为30.0012mm、后截距为18.912mm;小视场对应的焦距为89.9991mm、后截距为18.912mm。在聚焦位置补偿的过程中,如果采集到外界的温度为-10℃,则大视场下的焦距变为29.9997mm,应将后截距的变为19.122mm,可实现大视场下的聚焦位置补偿;小视场下的焦距变为89.2679mm,应将后截距的变为19.362mm,可实现小视场下的聚焦位置补偿。同样地,不同的温度下采用相应的聚焦补偿方法;表1中没有记载的温度,采用与其最近的温度进行补偿,如4℃采用0℃对应的数据,6℃采用10℃对应的数据。
本发明的双视场热像仪智能控制系统及方法,通过驱动步进电机,配合采集光电编码器信息,实现视场的快速准确切换;通过温度传感器,检测到如果环境温度变化超过指定的基准范围,则在进行视场切换时,会对镜头聚焦位置进行智能补偿,确保各个视场成像清晰,不受环境温度变化的影响。
本系统采用高速微处理器,运行稳定,功能全面;采用高精度步进电机及光电编码器,定位快速准确,响应及时迅速;采用高灵敏度温度传感器,实现对环境温度的准确监测;采用成熟的电机驱动、RS232和RS485驱动电路,运行稳定可靠。程序控制简洁明了,系统操作方便快捷,能有效保证双视场热像仪在复杂应用环境的全天候稳定运行。

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1、(10)申请公布号 CN 103616897 A (43)申请公布日 2014.03.05 CN 103616897 A (21)申请号 201310608886.3 (22)申请日 2013.11.27 G05D 3/12(2006.01) (71)申请人 山东神戎电子股份有限公司 地址 250101 山东省济南市高新开发区舜华 路 1 号齐鲁软件园创业广场 F 座 A312 (72)发明人 丁鉴彬 徐玉惠 刘维栋 刘涛 李鹏 (74)专利代理机构 济南泉城专利商标事务所 37218 代理人 褚庆森 (54) 发明名称 双视场热像仪智能控制系统及方法 (57) 摘要 本发明的双视场热像仪智能。

2、控制系统, 包括 红外镜头、 热成像探测器、 微处理器、 步进电机、 限 位开关, 特征在于 : 微处理器通过电机驱动电路 驱使步进电机工作, 微处理器的输入端连接有光 电编码器和温度传感器。本发明的控制方法, 包 括 : a). 检测状态 ; b). 移动至起始位置 ; c). 确定 大视场距离 ; d). 移动至大视场位置 ; e). 是否需 视场切换 ; f). 确定位置、 温度 ; g). 获取基准温 度 ; h). 是否需要位置补偿 ; i). 切换至小视场 ; j). 确定聚焦偏移量 ; k). 正向补偿 ; l). 反向补 偿。 本发明的热像仪, 可实现不同温度下的视场聚 焦位置。

3、补偿, 精确可靠, 运行稳定, 满足视场快速 切换, 可广泛用于武器装备、 侦察监控、 人员搜救 等诸多领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103616897 A CN 103616897 A 1/2 页 2 1. 一种双视场热像仪智能控制系统, 包括红外镜头 (11) 、 热成像探测器 (10) 、 微处理 器 (2) 、 驱使红外镜头运动的步进电机 (5) 、 检测红外镜头起始位置的限位开关 (1) , 红外镜 头采集视场。

4、中的红外线, 热成像探测器将光信号转化为电信号, 限位开关与微处理器的输 入端相连接 ; 其特征在于 : 所述微处理器通过电机驱动电路 (6) 驱使步进电机 (5) 工作, 微 处理器的输入端连接有采集步进电机运动状态的光电编码器 (8) ; 微处理器还连接有用于 采集外界环境温度的温度传感器 (9) 。 2.根据权利要求1所述的双视场热像仪智能控制系统, 其特征在于 : 所述微处理器 (2) 通过 RS232 驱动电路 (4) 控制热成像探测器的成像参数 ; 微处理器通过 RS485 驱动电路 (7) 连接有上位机 (12) 。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的双视场热像仪智能控制系统。

5、, 其特征在于 : 所述微处理 器 (2) 连接有用于数据存储的 EEPROM 存储器 (3) 。 4. 一种基于权利要求 1 所述的双视场热像仪智能控制系统的控制方法, 其特征在于, 包括以下步骤 : a). 检测限位开关状态, 系统上电后, 微处理器 (2) 通过检测限位开关 (1) 的状态, 来判 断红外镜头 (11) 是否处于起始位置, 如果处于起始位置, 则执行步骤 c) ; 如果不处于起始 位置, 则执行步骤 b) ; b). 移动至起始位置, 步进电机正向转动驱使红外镜头运动至起始位置, 执行步骤 c) ; c). 确定大视场距离, 微处理器从 EEPROM 存储器中读取大视场的。

6、数据信息, 并确定大 视场与红外镜头起始位置的距离; d). 移动至大视场位置, 步进电机反向转动驱使红外镜头运动, 当检测到光电编码器输 出的红外镜头的位置信息与相等时, 则表明红外镜头已运动至大视场位置 ; e). 判断是否进行视场切换, 判断是否接收到上位机发送的从大视场切换至小视场的 指令, 如果收到则执行步骤 f) ; 如果没有收到, 则继续等待 ; f). 确定视场位置和温度, 获取需要切换到的目标视场位置, 并通过温度传感器采 集外界的温度; g). 获取基准温度, 微处理器从 EEPROM 存储器中读取基准温度; h).判断是否需要位置补偿, 设为温度变化基准, 判断与的大小关。

7、系, 如果 , 则表明外界温度变化已经超出变化基准, 需要进行聚焦位置的补偿, 执行步 骤 j) ; 如果, 则表明外界温度变化在变化基准范围内, 无需进行聚焦位置的补 偿, 执行步骤 i) ; i). 切换至小视场位置, 微控制器通过步进电机驱使红外镜头向小视场位置运动, 当检测到光电编码器的输出信息=, 停止步进电机的转动, 此时已切换至小视场位 置 ; j). 确定聚焦偏移量, 如果为正数, 则需要正向补偿聚焦位置, 根据的大 权 利 要 求 书 CN 103616897 A 2 2/2 页 3 小从 EEPROM 中读取聚焦偏移量, 执行步骤 k) ; 如果为负数, 则需要反向补偿聚焦。

8、 位置, 根据的大小从 EEPROM 存储器中读取聚焦偏移量, 执行步骤 l) ; k). 正向补偿, 微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动, 当检测到光电编码器的输出 信息=时, 停止步进电机的转动, 带正向位置补偿的视场切换到位 ; l). 反向补偿, 微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动, 当检测到光电编码器的输出 信息=-时, 停止步进电机的转动, 带反向位置补偿的视场切换到位。 5. 根据权利要求 4 所述的双视场热像仪智能控制系统的控制方法, 其特征在于 : 所述 步骤 d) 中还包括大视场的聚焦位置补偿步骤 : d-1). 采集外界温度, 通过温度传感器采集外界的温度; d-2)。

9、. 获取基准温度, 微处理器从 EEPROM 存储器中读取基准温度; d-3). 判断是否需要位置补偿, 判断与的大小关系, 如果, 则 表明外界温度变化已经超出变化基准, 需要进行聚焦位置的补偿, 执行步骤 d-4) ; 如果 , 则表明外界温度变化在变化基准范围内, 无需进行聚焦位置的补偿, 执行步 骤 e) ; d-4). 确定聚焦偏移量, 如果为正数, 则需要正向补偿聚焦位置, 根据的 大小从 EEPROM 中读取聚焦偏移量, 执行步骤 d-5) ; 如果为负数, 则需要反向补偿 聚焦位置, 根据的大小从 EEPROM 存储器中读取聚焦偏移量, 执行步骤 d-6) ; d-5). 正向。

10、补偿, 微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动, 当检测到光电编码器的输 出信息=时, 停止步进电机的转动, 表明大视场的正向位置补偿完成 ; d-6). 反向补偿, 微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动, 当检测到光电编码器的输 出信息=-时, 停止步进电机的转动, 表明大视场的反向位置补偿完成。 权 利 要 求 书 CN 103616897 A 3 1/6 页 4 双视场热像仪智能控制系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种双视场热像仪智能控制系统及方法, 更具体的说, 尤其涉及一种 对双视场热像仪可进行快速准确视场切换、 根据环境温度变化进行聚焦位置智能补偿的双 视场热像仪智能控制系。

11、统及方法。 背景技术 0002 红外线因其波长过长, 无法被人眼感知, 属于不可见光。作为电磁频谱的一部分, 我们可探测其热度。只要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射热量。热成像技术是一 种通过使用红外成像测量仪 “查看” 或 “测量” 物体辐射热能的技术。热成像探测器上的红 外光学镜头将从物体发出的红外线聚焦。探测器向传感器电子元件发送信息, 以便进行图 像处理。电子元件将探测器发来的数据转译成可在取景器或标准视频监视器上查看的图 像。 红外探测尤其适用于夜间及不良气象条件下的目标探测, 具有一定的穿透烟、 雾、 霾、 雪 等能力, 可实现远距离、 全天候观察, 广泛应用于国防、 工业、 。

12、医疗、 安防监控等领域。 0003 双视场热像仪可以实现大视场的目标搜索瞄准和小视场的跟踪捕获, 与单视场热 像仪相比, 功能全面, 应用方便, 可以满足多个模式下工作 ; 与连续变倍热像仪相比, 开发成 本低, 设计周期短, 光学系统更加简捷、 实用。 0004 在实际应用中, 双视场热像仪在进行视场切换时, 要求快速准确, 以满足对目标的 搜索和捕获的要求。 在环境温度发生较大变化时, 因为红外镜片本身特性, 聚焦位置会发生 偏移, 造成成像不够清晰, 影响监控效果。 发明内容 0005 本发明为了克服上述技术问题的缺点, 提供了一种的双视场热像仪智能控制系统 及方法。 0006 本发明的。

13、双视场热像仪智能控制系统, 包括红外镜头、 热成像探测器、 微处理器、 驱使红外镜头运动的步进电机、 检测红外镜头起始位置的限位开关, 红外镜头采集视场中 的红外线, 热成像探测器将光信号转化为电信号, 限位开关与微处理器的输入端相连接 ; 其 特征在于 : 所述微处理器通过电机驱动电路驱使步进电机工作, 微处理器的输入端连接有 采集步进电机运动状态的光电编码器 ; 微处理器还连接有用于采集外界环境温度的温度传 感器。 0007 外界的红外线通过红外镜头进入, 热成像探测器将光信号转化为电信号, 并可形 成视频信号进行输出。微处理器具有信号采集、 数据运算和控制输出的作用, 微处理器通 过电机。

14、驱动电路驱使步进电机转动, 步进电机带动红外镜头进行移动。微处理器通过限位 开关可检测出红外镜头是否处于起始位置, 通过光电编码器可获知红外镜头所处的位置信 息。 通过温度传感器可测得外界的环境温度, 以便根据外界的环境温度值进行位置补偿, 以 获取清晰、 准确的红外图像。 0008 本发明的双视场热像仪智能控制系统, 所述微处理器通过 RS232 驱动电路控制热 说 明 书 CN 103616897 A 4 2/6 页 5 成像探测器的成像参数 ; 微处理器通过RS485驱动电路连接有上位机。 微处理器通过RS232 驱动电路控制热成像探测器的参数, 如对比度、 亮度、 伪彩色、 图像细节增。

15、强的调节和控制。 通过 RS485 驱动电路实现与上位机的通讯, 可向上位机反馈当前系统的状态信息, 如视场 状态、 镜头位置、 环境温度和探测器参数, 以方便工作人员实时掌握系统的运行状态。 0009 本发明的双视场热像仪智能控制系统, 所述微处理器连接有用于数据存储的 EEPROM 存储器。 0010 本发明的双视场热像仪智能控制系统的控制方法, 其特征在于, 包括以下步骤 : a). 检测限位开关状态, 系统上电后, 微处理器通过检测限位开关的状态, 来判断红外 镜头是否处于起始位置, 如果处于起始位置, 则执行步骤 c) ; 如果不处于起始位置, 则执行 步骤 b) ; b). 移动至。

16、起始位置, 步进电机正向转动驱使红外镜头运动至起始位置, 执行步骤 c) ; c). 确定大视场距离, 微处理器从 EEPROM 存储器中读取大视场的数据信息, 并确定大视 场与红外镜头起始位置的距离; d). 移动至大视场位置, 步进电机反向转动驱使红外镜 头运动, 当检测到光电编码器输出的红外镜头的位置信息与相等时, 则表明红外镜头 已运动至大视场位置 ; e). 判断是否进行视场切换, 判断是否接收到上位机发送的从大视 场切换至小视场的指令, 如果收到则执行步骤 f) ; 如果没有收到, 则继续等待 ; f). 确定视 场位置和温度, 获取需要切换到的目标视场位置, 并通过温度传感器采集。

17、外界的温度 ; g). 获取基准温度, 微处理器从 EEPROM 存储器中读取基准温度; h). 判断是否需要位置 补偿, 设为温度变化基准, 判断与的大小关系, 如果, 则表明外界 温度变化已经超出变化基准, 需要进行聚焦位置的补偿, 执行步骤j) ; 如果, 则 表明外界温度变化在变化基准范围内, 无需进行聚焦位置的补偿, 执行步骤 i) ; i). 切换至 小视场位置, 微控制器通过步进电机驱使红外镜头向小视场位置运动, 当检测到光电编 码器的输出信息=, 停止步进电机的转动, 此时已切换至小视场位置 ; j). 确定聚焦 偏移量, 如果为正数, 则需要正向补偿聚焦位置, 根据的大小从 。

18、EEPROM 存储器 中读取聚焦偏移量, 执行步骤 k) ; 如果为负数, 则需要反向补偿聚焦位置, 根据 的大小从 EEPROM 中读取聚焦偏移量, 执行步骤 l) ; k). 正向补偿, 微控制器通过 步进电机驱使红外镜头运动, 当检测到光电编码器的输出信息=时, 停止步进电 机的转动, 带正向位置补偿的视场切换到位 ; l). 反向补偿, 微控制器通过步进电机驱使红 外镜头运动, 当检测到光电编码器的输出信息=-时, 停止步进电机的转动, 带反 向位置补偿的视场切换到位。 0011 步骤 a) 为通过限位开关的状态判断红外镜头是否处于起始位置, 如不处于起始 位置则通过步骤 b) 进行调。

19、整 ; 步骤 c) 为确定大视场与起始位置的距离。步骤 d) 通过 采集光电编码器输出的红外镜头位置信息, 将其移至大视场位置。步骤 e) 为判断是否接收 到上位机发送的视场切换指令, 如没有收到则继续等待。步骤 h) 中, 通过判断外界温度 与基准温度差值的绝对值与温度变化基准的大小来确定是否需要进行聚焦位置的补 说 明 书 CN 103616897 A 5 3/6 页 6 偿 ; 当, 说明外界温度与系统中存储的基准温度差别较大, 红外镜头中镜片的 焦距发生了较大的变化, 需要进行位置补偿 ; 当, 说明红外镜头中镜片的焦距 变化不明显, 无需进行位置补偿。步骤 j) 中, 由于红外光学系。

20、统具有较明显的热效应, 温度 变化时, 折射率会发生较大的变化, 加之镜筒的热胀冷缩, 这将影响光学系统的成像性能, 需进行聚焦位置的补偿。 0012 本发明的双视场热像仪智能控制系统的控制方法, 所述步骤 d) 中还包括大视场 的聚焦位置补偿步骤 : d-1). 采集外界温度, 通过温度传感器采集外界的温度; d-2). 获 取基准温度, 微处理器从EEPROM存储器中读取基准温度; d-3).判断是否需要位置补偿, 判断与的大小关系, 如果, 则表明外界温度变化已经超出变化基准, 需要进行聚焦位置的补偿, 执行步骤 d-4) ; 如果, 则表明外界温度变化在变化 基准范围内, 无需进行聚焦。

21、位置的补偿, 执行步骤 e) ; d-4). 确定聚焦偏移量, 如果 为正数, 则需要正向补偿聚焦位置, 根据的大小从 EEPROM 中读取聚焦偏移量, 执 行步骤 d-5) ; 如果为负数, 则需要反向补偿聚焦位置, 根据的大小从 EEPROM 存储器中读取聚焦偏移量, 执行步骤 d-6) ; d-5). 正向补偿, 微控制器通过步进电机驱 使红外镜头运动, 当检测到光电编码器的输出信息=时, 停止步进电机的转动, 表明大视场的正向位置补偿完成 ; d-6). 反向补偿, 微控制器通过步进电机驱使红外镜头 运动, 当检测到光电编码器的输出信息=-时, 停止步进电机的转动, 表明大视场 的反向。

22、位置补偿完成。 0013 本发明的有益效果是 : 本发明的双视场热像仪智能控制系统和控制方法, 微控制 器通过步进电机带动红外镜头转动, 并采集光电编码器的信息, 对红外镜头进行准确定位, 实现视场的快速精确切换。通过温度传感器判断环境温度相对于基准温度的变化情况, 配 合 EEPROM 存储器中数据, 计算获得不同温度条件下镜头聚焦位置的变化, 驱动步进电机实 现对镜头位置的智能补偿, 可始终确保高质量的清晰成像。 0014 本发明的双视场热像仪智能控制系统具有以下特点 :(1) 精确可靠, 运行稳定, 可 作为各种规格的双视场或多视场红外镜头的控制系统使用。 (2) 应用灵活, 操作简捷,。

23、 满足 视场快速切换、 并可进行微调等要求。 (3) 在不同的环境温度条件下, 可自行智能调节镜头 聚焦位置, 无需人工设置, 智能高效, 准确可靠。可广泛用于武器装备、 侦察监控、 人员搜救 等诸多领域。 附图说明 0015 图 1 为本发明的双视场热像仪智能控制系统的电路原理图 ; 图 2 为本发明的双视场热像仪智能控制系统的控制方法流程图。 0016 图中 : 1 限位开关, 2 微处理器, 3 EEPROM 存储器, 4 RS232 驱动电路, 5 步进电机, 6 电机驱动电路, 7 RS485 驱动电路, 8 光电编码器, 9 温度传感器, 10 热成像探测器, 11 红外 说 明 。

24、书 CN 103616897 A 6 4/6 页 7 镜头, 12 上位机。 具体实施方式 0017 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。 0018 如图 1 所示, 给出了本发明的双视场热像仪智能控制系统的电路原理图, 其包括 微处理器 2、 红外镜头 11、 热成像探测器 10、 限位开关 1、 步进电机 5、 电机驱动电路 6、 光电 编码器8、 EEPROM存储器3、 温度传感器9 ; 微控制器具有采集、 运算和控制作用, 外界物体发 出的红外线通过红外镜头11进入, 热成像探测器10用于将光信号转化为电信号, 可形成视 频信号并输出。限位开关 1 用于检测红外镜头 11 是否处。

25、于初始位置, 如红外镜头 11 位于 初始位置时限位开关1为低电平, 则微控制器检测到限位开关1为低电平状态时, 可获知红 外镜头 11 处于初始位置。微控制器 2 通过温度传感器 9 可采集外界的实时温度值, 以通过 外界的温度来确定是否需要对热像仪进行位置补偿, 以及位置补偿数值的大小。 0019 微控制器 2 通过电机驱动电路 6 驱使步进电机 5 进行工作, 以使步进电机 5 驱动 红外镜头 11 进行移动。光电编码器 8 用于测量步进电机 5 的运动状态, 以反应出红外镜头 11 的位置信息。EEPROM 存储器 3 用于有关数据和参数的存储。微控制器 2 通过 RS232 驱 动电。

26、路 4 与热成像探测器 10 相连接, 以便控制热成像探测器的参数, 如对比度、 亮度、 伪彩 色、 图像细节增强的调节和控制。微处理器 2 通过 RS485 驱动电路 7 与上位机 12 相连接, 以实现与上位机 12 的通讯, 可向上位机反馈当前系统的状态信息, 如视场状态、 镜头位置、 环境温度和探测器参数, 以方便工作人员实时掌握系统的运行状态。 0020 如图 2 所示, 给出了本发明的双视场热像仪智能控制系统的控制方法的流程图, 其可以通过以下步骤来实现 : a).检测限位开关状态, 系统上电后, 微处理器通2过检测限位开关1的状态, 来判断红 外镜头 11 是否处于起始位置, 如。

27、果处于起始位置, 则执行步骤 c) ; 如果不处于起始位置, 则 执行步骤 b) ; b).移动至起始位置, 步进电机5正向转动驱使红外镜头11运动至起始位置, 执行步骤 c) ; c).确定大视场距离, 微处理器2从EEPROM存储器3中读取大视场的数据信息, 并确定 大视场与红外镜头 11 起始位置的距离; d).移动至大视场位置, 步进电机5反向转动驱使红外镜头11运动, 当检测到光电编码 器 8 输出的红外镜头 11 的位置信息与相等时, 则表明红外镜头 11 已运动至大视场位 置 ; e). 判断是否进行视场切换, 判断是否接收到上位机发送的从大视场切换至小视场的 指令, 如果收到则。

28、执行步骤 f) ; 如果没有收到, 则继续等待 ; f).确定视场位置和温度, 获取需要切换到的目标视场位置, 并通过温度传感器9采 集外界的温度; g). 获取基准温度, 微处理器 2 从 EEPROM 存储器 3 中读取基准温度; h).判断是否需要位置补偿, 设为温度变化基准, 判断与的大小关系, 如果 说 明 书 CN 103616897 A 7 5/6 页 8 , 则表明外界温度变化已经超出变化基准, 需要进行聚焦位置的补偿, 执行步 骤 j) ; 如果, 则表明外界温度变化在变化基准范围内, 无需进行聚焦位置的补 偿, 执行步骤 i) ; i). 切换至小视场位置, 微控制器 2 。

29、通过步进电机 5 驱使红外镜头 11 向小视场位置 运动, 当检测到光电编码器8的输出信息=, 停止步进电机的转动, 此时已切换至小视 场位置 ; j). 确定聚焦偏移量, 如果为正数, 则需要正向补偿聚焦位置, 根据的大 小从 EEPROM 存储器中读取聚焦偏移量, 执行步骤 k) ; 如果为负数, 则需要反向补 偿聚焦位置, 根据的大小从 EEPROM 存储器 3 中读取聚焦偏移量, 执行步骤 l) ; k).正向补偿, 微控制器2通过步进电机5驱使红外镜头11运动, 当检测到光电编码器 8 的输出信息=时, 停止步进电机 5 的转动, 带正向位置补偿视场切换到位 ; l). 反向补偿, 。

30、微控制器通过步进电机 5 驱使红外镜头 11 运动, 当检测到光电编码器 8 的输出信息=-时, 停止步进电机 5 的转动, 带反向位置补偿的视场切换到位。 0021 其中, 步骤 d) 中还可包括如下的大视场的聚焦位置补偿步骤 : d-1). 采集外界温度, 通过温度传感器采集外界的温度; d-2). 获取基准温度, 微处理器从 EEPROM 存储器中读取基准温度; d-3). 判断是否需要位置补偿, 判断与的大小关系, 如果, 则 表明外界温度变化已经超出变化基准, 需要进行聚焦位置的补偿, 执行步骤 d-4) ; 如果 , 则表明外界温度变化在变化基准范围内, 无需进行聚焦位置的补偿, 。

31、执行步 骤 e) ; d-4). 确定聚焦偏移量, 如果为正数, 则需要正向补偿聚焦位置, 根据的 大小从 EEPROM 中读取聚焦偏移量, 执行步骤 d-5) ; 如果为负数, 则需要反向补偿 聚焦位置, 根据的大小从 EEPROM 存储器中读取聚焦偏移量, 执行步骤 d-6) ; d-5). 正向补偿, 微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动, 当检测到光电编码器的输 出信息=时, 停止步进电机的转动, 表明大视场的正向位置补偿完成 ; d-6). 反向补偿, 微控制器通过步进电机驱使红外镜头运动, 当检测到光电编码器的输 出信息=-时, 停止步进电机的转动, 表明大视场的反向位置补偿完成。。

32、 0022 如表 1 所示, 给出了 30/90mm 双视场镜头的焦距、 后截距随温度的变化数据表, 焦 距为 30mm 时对应大视场, 焦距为 90mm 时对应小视场 ; 表 1 中的数据存储在 EEPROM 存储器 3 中, 以备调用。 0023 表 1 说 明 书 CN 103616897 A 8 6/6 页 9 在大视场、 小视场的聚焦位置补偿过程中, 基准温度均选取为 20, 可选取为 5。由于受温度的影响, 在 20时, 大视场对应的焦距为 30.0012mm、 后截距为 18.912mm ; 小视场对应的焦距为 89.9991mm、 后截距为 18.912mm。在聚焦位置补偿的过。

33、程中, 如果采集 到外界的温度为 -10, 则大视场下的焦距变为 29.9997mm, 应将后截距的变为 19.122mm, 可实现大视场下的聚焦位置补偿 ; 小视场下的焦距变为 89.2679mm, 应将后截距的变为 19.362mm, 可实现小视场下的聚焦位置补偿。 同样地, 不同的温度下采用相应的聚焦补偿方 法 ; 表1中没有记载的温度, 采用与其最近的温度进行补偿, 如4采用0对应的数据, 6 采用 10对应的数据。 0024 本发明的双视场热像仪智能控制系统及方法, 通过驱动步进电机, 配合采集光电 编码器信息, 实现视场的快速准确切换 ; 通过温度传感器, 检测到如果环境温度变化超。

34、过指 定的基准范围, 则在进行视场切换时, 会对镜头聚焦位置进行智能补偿, 确保各个视场成像 清晰, 不受环境温度变化的影响。 0025 本系统采用高速微处理器, 运行稳定, 功能全面 ; 采用高精度步进电机及光电编码 器, 定位快速准确, 响应及时迅速 ; 采用高灵敏度温度传感器, 实现对环境温度的准确监测 ; 采用成熟的电机驱动、 RS232 和 RS485 驱动电路, 运行稳定可靠。程序控制简洁明了, 系统 操作方便快捷, 能有效保证双视场热像仪在复杂应用环境的全天候稳定运行。 说 明 书 CN 103616897 A 9 1/2 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 103616897 A 10 2/2 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 103616897 A 11 。

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