CN105550996A - 一种小型化周视光学搜索跟踪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化周视光学搜索跟踪装置，主要包括控制箱体、分度机构、俯仰机构、信息处理机构和核心部件。本装置主要用于探测360度空域的低空目标，实现全景红外图像拼接、运动弱小目标检测，跟踪及识别等，并为实现该功能提供稳定可靠的探测平台及探测结果，同时能实现对探测器任意俯仰调节，并便于携带，以实现对低空目标的快速响应。
Description
技术领域
本发明属于光学搜索跟踪领域，尤其涉及一种小型化周视光学搜索跟踪装置。
背景技术
长久以来，制约周视光学搜索跟踪***中的原因在于：周视扫描时，视场内一幅场景图像在探测器上静止停留的时间远小于器件本身的积分时间，使得面阵列器件所输出的周视图像存在严重的拖尾，***无法通过图像结算出点目标的空间角坐标，为使得光学成像器件运用于周视扫描搜索***中，必须保证在器件凝视积分的时间内，场景图像相对于器件本身是保持静止。
目前国内外大多数***都是在保证周视转台能连续转动的前提下，设计一种扫描装置来实现每一视场内的场景凝视补偿，使得一个视场内场景图像在器件积分时间内相对于器件本身保持静止，消除周视图像的“拖尾”。这种场景补偿需要扫描反射镜，补偿反射镜，同时需要对转动和成像进行严格的同步控制，整个光机***复杂，造价昂贵。
在现阶段，达到同样扫描范围和速度的光学搜索与跟踪***装备重则几百公斤重量，一般在50公斤以上，移动灵活性低，且造价昂贵，无法满足现代对于广域低空空域监视的时代需求，很难进行快速部署，以及广域布控。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，在不降低***性能的前提下，本发明提供了一种小型化周视光学搜索跟踪装置，该装置实现了体积小，造价低，二级以上分度调节，并能够360°旋转俯仰，达到定位精准，快速响应的功能。
本发明从结构上主要包括控制箱体，分度机构，俯仰机构，信息处理***以及光学成像探测器，见图1所示。
所述控制箱体包括可调节支撑脚，水平泡，主机支撑板，前后可开合的门，两侧的提手以及用于光学成像探测器防护的保护罩。
具体的所述可调支撑脚用于整个装置的高度和水平调节，以便适用于各种地理环境。
具体的所述水平泡用于水平调节的参考基准，其位置与装置内动作机构相连，并与箱体可视窗口相对。
具体的所述主机支撑板用于信息处理***和设备的支撑，其位置位于箱体底部，并可随需要将信息处理***和设备拆离。
具体的前后可开合的门用于设备内部线路的布置以及其他部件的装配，方便以后的调试和维护。
具体的两侧的提手用于整机配置的移动。
具体的用于光学成像探测器防护的保护罩可以实现光学成像探测器的防护，同时不碍于或不减弱，不影响侦测区域的范围，以及信号的发射和接收，使核心部件免受粉尘，雨露，霜降等其他恶劣环境的影响。
所述分度机构包括驱动电机，分度器以及分度调节装置。
具体的驱动电机用于为整机配置提供动力。
具体的分度器用于360°旋转定位，实现精准定位。
具体的分度调节装置用于实现分度器在360°旋转时任意角度的分割和定位。
所述俯仰机构包括核心部件支撑杆，调节机构。
具体的所述核心部件支撑杆中心为空，一端有转动副连接支撑盘，另一端与分度器转轴相连。支撑杆外缘有推力轴承相惯，推力轴承上端面通过另外一个支撑杆与支撑盘相连。
具体的调节机构包括有齿轮，齿条和轴承安装支撑板。通过齿轮齿条将实现轴承安装支撑板的上下移动，进而通过转动副的作用，实现核心部件的俯仰动作。
所述光学成像探测器，一般为长波红外FPA探测器，也可以是可见光波段工业相机。长波红外探测器的分辨率为640*480，帧频为25帧/秒。可见光相机的分辨率为：768*576，帧频为25帧/秒。探测器主要实现360度空域图像的采集，图像数据直接输出至信息处理***。
所述信息处理***，为集成于一体的工控机，或是集成于一体的其他硬件电路。主要实现360度全景图像的拼接和目标的检测，其中全景图像拼接包括：尺度不变加速鲁棒性特征(SURF特征)提取、使用随机采样一致算法(RANSAC)的图像匹配、基于二级分度机构所提供的角度定位数据的相邻图像的基础矩阵的计算及图像拼接。目标检测包括：自适应背景抑制、基于混合高斯模型的运动目标检测、目标状态提取。整个信息处理***的工作流程如下图2所示。
本发明可以实现并满足核心部件光学成像探测器进行圆周扫描所要求的运行平台，为精确捕捉并稳定成像侦测区域内的目标物体提供了安全可靠的运行条件，并可对采集到的光学图像进行实时处理，检测图像中的运动弱小目标，并将目标的方位输出给用户。
本发明装置的功能及其轻便的携带或安装方式，能够适用于各种应用领域。本发明装置实现了体积小，造价低，二级以上分度调节，并能够360°旋转俯仰，达到定位精准，快速响应的功能。而且能够实现对360度全景图像的拼接及运动小目标的实时检测。能够实现已有周扫搜索探测***的目标图像获取、目标探测等功能，而造价仅为现有***的十分之一。而利用本发明开发的监视***，其重量仅为现有***的1/20，便于携带，造价仅为1/10，且功耗低。在相同的资金投入下，可以实现更多站点布控，可以监视更大的空域。
附图说明
图1为本发明装置组成结构图；
图2为本发明信息处理***流程图；
图3为本发明整体装配图；
图4为本发明运动机构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1为装置组成结构图，本发明从结构上主要包括控制箱体200，分度机构300，俯仰机构400，信息处理***500以及光学成像探测器600。
所述控制箱体包括可调节支撑脚201，水平泡202，主机支撑板203，前后可开合的门204，两侧的提手205以及用于光学成像探测器防护的保护罩206。
具体的所述可调支撑脚201用于整个装置的高度和水平调节，以便适用于各种地理环境。
具体的所述水平泡202用于水平调节的参考基准，其位置与装置内动作机构相连，并与箱体可视窗口相对。
具体的所述主机支撑板203用于信息处理***和设备的支撑，其位置位于箱体底部，并可随需要将信息处理***和设备拆离。
具体的前后可开合的门204用于设备内部线路的布置以及其他部件的装配，方便以后的调试和维护。
具体的两侧的提手205用于整机配置的移动。
具体的用于光学成像探测器防护的保护罩206可以实现光学成像探测器的防护，同时不碍于或不减弱，不影响侦测区域的范围，以及信号的发射和接收，使核心部件免受粉尘，雨露，霜降等其他恶劣环境的影响。
所述分度机构包括驱动电机301，分度器302以及分度调节装置303。
具体的驱动电机301用于为整机配置提供动力。
具体的分度器302用于360°旋转定位，实现精准定位。
具体的分度调节装置303用于实现分度器在360°旋转时任意角度的分割和定位。
所述俯仰机构包括核心部件支撑杆401，调节机构402。
具体的所述核心部件支撑杆401中心为空，一端有转动副连接支撑盘，另一端与分度器转轴相连。支撑杆外缘有推力轴承相惯，推力轴承上端面通过另外一个支撑杆与支撑盘相连。
具体的调节机构包括有齿轮403，齿条404和轴承安装支撑板405。通过齿轮齿条将实现轴承安装支撑板的上下移动，进而通过转动副的作用，实现核心部件的俯仰动作。
所述光学成像探测器600，一般为长波红外FPA探测器，也可以是可见光波段工业相机。长波红外探测器的分辨率为640*480，帧频为25帧/秒。可见光相机的分辨率为：768*576，帧频为25帧/秒。探测器主要实现360度空域图像的采集，图像数据直接输出至信息处理***。
所述信息处理***500，为集成于一体的工控机，或是集成于一体的其他硬件电路。主要实现360度全景图像的拼接和目标的检测，其中全景图像拼接包括：尺度不变加速鲁棒性特征(SURF特征)提取、使用随机采样一致算法(RANSAC)的图像匹配、基于二级分度机构所提供的角度定位数据的相邻图像的基础矩阵的计算及图像拼接。目标检测包括：自适应背景抑制、基于混合高斯模型的运动目标检测、目标状态提取。整个信息处理***的工作流程如下图2所示。
所述分度机构将所述光学成像探测器转动的角位置以及角速度等数据按10ms的速度发送给信息处理***，当角速度为零满足探测器成像条件时，信息处理***获取所述光学成像探测器当前采集的图像，如果不满足，信息***等待不更新图像；
当采集到新的图像后，信息处理***对当前图像进行处理，首先进行tophat预处理对背景进行抑制，接着利用混合高斯模型对图像中的运动目标进行检测，最后提取检测到的目标的属性(目标方位、高度，航迹、类型等)；
在处理过程中完成360度周扫后，将采集到的图像进行全景拼接，首先利用尺度不变加速鲁棒性特征提取每幅图显著的特征，接着使用随机采样一致算法(RANSAC)利用获取的所述每幅图显著的特征对所有图像进行匹配，最后根据分度机构所提供的角度定位数据计算相邻图像的基础矩阵完成全景图像拼接；
最终所述信息处理***将获取的全景图像以及图像中的所有目标的信息进行融合发送到客户端，完成整个信息处理流程。
本发明能够实现对360度全景图像的实时拼接及空中目标的实时检测跟踪与识别，并形成多个目标的航迹。利用本技术开发的监视***，其重量仅为现有***的1/20,便于携带，而造价仅为同等性能设备的1/10，且功耗低。在相同的资金投入下，可以实现更多站点布控，可以监视更广的空域。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明权利要求的保护范围的内。
Claims (4)
1.一种小型化周视光学搜索跟踪装置，其特征在于，包括：控制箱，分度机构，俯仰机构，信息处理***以及光学成像探测器。
2.根据权利要求1所述的小型化周视光学搜索跟踪装置，其特征在于，所述控制箱用于所述装置内关键部件的防护；
所述分度机构用于所述装置中的光学成像探测器的360°旋转，并能够通过不同级的分度实现任意角度的精确定位；
所述俯仰机构用于实现所述装置中的光学成像探测器在与其自身旋转相垂直的方向上的角度调节；
所述信息处理***用于所述装置中的光学成像探测器采集到的光学图像数据的处理；
所述光学成像探测器用于采集被探测区域内的影像数据并将所述影像数据传至所述信息处理***进行编辑处理。
3.根据权利要求2所述的小型化周视光学搜索跟踪装置，其特征在于，所述控制箱体包括可调节支撑脚、水平泡、主机支撑板、前后可开合的门、两侧的提手以及用于所述光学成像探测器防护的保护罩；
所述分度机构包括驱动电机、分度器以及分度调节装置；
所述俯仰机构包括支撑杆、调节机构；
所述信息处理***为集成于一体的工控机，或是集成于一体的用于信息处理的其他硬件电路。
4.根据权利要求3所述的小型化周视光学搜索跟踪装置，其特征在于，所述可调节支撑脚用于整个装置的高度和水平调节，以适用于各种地理环境；
所述水平泡用于作为水平调节的参考基准，其与装置内所述分度机构相连，并与箱体可视窗口相对设置；
所述主机支撑板用于信息处理***和所述小型化周视光学搜索跟踪装置的支撑，其位于箱体底部，并可根据需要将信息处理***和所述装置拆离；
所述前后可开合的门用于所述小型化周视光学搜索跟踪装置内部线路的布置以及其他部件的装配；
所述两侧的提手用于整机配置的移动；
所述驱动电机用于为装置提供动力；
所述分度器用于360°旋转定位，实现精准定位；
所述分度调节装置用于实现分度器在360°旋转时任意角度的分割和定位；
所述支撑杆中心为空，一端有转动副连接支撑盘，另一端与分度器转轴相连；支撑杆外缘有推力轴承相惯，推力轴承上端面通过另外一个支撑杆与支撑盘相连；
所述调节机构包括有齿轮，齿条和轴承安装支撑板，通过齿轮齿条实现轴承安装支撑板的上下移动，进而通过转动副的作用，实现光学成像探测器的俯仰动作；
所述光学成像探测器为长波红外FPA探测器，或是可见光波段工业相机；长波红外探测器的分辨率为640*480，帧频为25帧/秒；可见光相机的分辨率为：768*576，帧频为25帧/秒；
所述光学成像探测器实现360度空域图像数据的采集，图像数据直接输出至信息处理***。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160504 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |