CN114414064A - 一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，涉及镜头自动聚焦校正领域，旨在解决现有技术中只能够满足常规化使用场所、现有红外大变倍镜头在连续变焦过程中无法实时聚焦的问题，采用的技术方案是，包括红外大变倍镜头、红外成像装置、光轴偏移自校正装置、人机交互装置，采用高性能单片机及算法程序解决红外大变倍镜头在连续变焦过程中无法适时进行自适应自动聚焦，从而实现对目标进行有效清晰成像的局限性，克服了现有红外大变倍镜头在连续变焦过程中无法实时聚焦的缺陷，在复杂特殊的应用环境特别是远距离目标观测时能够被采用，应用前景广阔。

Description

一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置
技术领域
本发明涉及镜头自动聚焦校正领域，具体为一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置。
背景技术
近年来，红外热成像技术在公共安全和特殊行业领域得到广泛的应用，红外图像不受环境因素的影响，能够实现全天时的监控，尤其在夜晚、能见度差条件下依然能够清晰成像。这些独特的特点得到使用者的广泛认可。
在一些实际应用中，当观测远距离目标时需要配置大变倍红外镜头，这种大变倍红外镜头具有连续变焦和聚焦功能，可以观测到远距离的目标。目前广泛使用的大变倍红外镜头变焦和聚焦功能通常是手动完成的，当采用大变倍红外镜头将目标拉的很近、视场角很小时进行手动聚焦保持图像清晰是一件十分困难的事情，而且在有些使用场景是无法进行人工聚焦的。
红外成像工作波段8μm～14μm，红外成像原理是感知被观测目标的温度分布形态，经过复杂的软件算法计算复原出图像的过程。当采用大变倍红外镜头观测远距离目标时，随着视场景深的变化，采用光轴偏移自校正聚焦功能就显示十分必要和迫切。
综上所述，一般的红外变倍镜头在实际使用中只能够满足常规化使用场所，在复杂特殊的应用环境特别是远距离目标观测时，则必须要设计与之能相适应的红外镜头光轴偏移自校正装置来满足自动聚焦清晰成像的要求。
发明内容
鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，解决已有红外大变倍镜头在连续变焦过程中无法适时进行自适应自动聚焦，从而实现对目标进行有效清晰成像。
本发明采用的技术方案是，包括目标热辐射信号、红外大变倍镜头、红外成像装置、光轴偏移自校正装置、人机交互装置，所述红外大变倍镜头与所述红外成像装置连接，所述红外成像装置与所述光轴偏移自校正装置相连接，所述光轴偏移自校正装置与所述红外大变倍镜头相连接，所述红外大变倍镜头具有连续变倍和聚焦功能。
作为本发明的一种优选技术方案，所述红外大变倍镜头由镀膜镜片组对目标热辐射信号进行滤波后送至红外成像装置中的热电转换装置，经A/D转换装置和图像增强装置输出模拟图像到光轴偏移自校正装置。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光轴偏移自校正装置是本发明的核心装置，对接收来自红外成像装置的模拟图像进行图像灰度值标准方差的计算比较，光轴偏移自校正装置通过232端口与人机交互装置和红外成像装置的232端口进行通信，实现交互指令的发送；人机交互装置是PC终端，通过232端口与光轴偏移自校正装置进行控制命令的传送。
作为本发明的一种优选技术方案，所述红外大变倍镜头、包含镀膜镜片组、聚焦电机、变倍电机、第一编码器、第二编码器、光耦限位开关，所述镀膜镜片组与所述聚焦电机连接，所述镀膜镜片组与所述变倍电机连接，所述聚焦电机与所述第一编码器连接，所述聚焦电机与所述光耦限位开关连接，所述变倍电机与所述第二编码器连接，所述变倍电机与所述光耦限位开关连接，聚焦电机收到来自聚焦驱动模块的控制命令，驱动镀膜镜片组运动实现聚焦功能，同时第一编码器和光耦限位开关把聚焦电机的动作状态反馈到光轴偏移自校正装置中处理器；变倍电机收到来自变倍驱动模块的控制命令，驱动镀膜镜片组运动实现变倍功能，同时第二编码器和光耦限位开关把变倍电机的动作状态反馈到光轴偏移自校正装置中处理器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述红外成像装置包括热电转换装置、A/D转换装置、图像增强装置、模拟接口、第一RS232接口，所述热电转换装置与所述A/D转换装置连接，所述A/D转换装置与所述图像增强装置连接，所述图像增强装置与所述模拟接口连接，所述图像增强装置与所述第一RS232接口连接，热电转换装置将辐射热信号转换为电信号，A/D转换装置将电信号进行数字化处理，送至图像增强装置对信号进行增强滤波后输出模拟信号到模拟接口，再输出至光轴偏移自校正装置，图像增强装置通过第一RS232接口与MAX3232UART连接，实现与光轴偏移自校正装置中处理器的通信。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光轴偏移自校正装置包括处理器、A/D转换、MAX3232UART、SDRAM、EEPROM、聚焦驱动模块、变倍驱动模块，所述处理器与所述A/D转换连接，所述处理器与所述MAX3232UART连接，所述处理器与所述SDRAM连接，所述处理器与所述EEPROM连接，所述处理器与所述聚焦驱动模块连接，所述处理器与所述变倍驱动模块连接，处理器获取视频图像信号后启动应用程序计算图像特征，计算电机转速、方向和转数，判断视频图像灰度是否达到图像灰度值标准方差，若达到标准方差则不做处理；若没有达到此标准方差，处理器则输出控制指令到聚焦驱动模块，聚焦驱动模块将指令发送到红外大变倍镜头中的聚焦电机，聚焦电机驱动镀膜镜片组运动，同时编码器1和光耦限位开关将聚焦电机的转动状态反馈到处理器，处理器实时判断图像灰度是否达到图像灰度值标准方差并实时向聚焦电机发出控制指令，不断进行修正电机的转动方向和转数，直至图像灰度达到图像灰度值标准方差，这个调整过程是连续的，从而实现大变倍镜头在连续变焦过程中实时进行自适应自动聚焦，光轴偏移自校正装置变倍控制是通过PC终端人工进行操作，聚焦控制是由处理器实现自动校正聚焦。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理器通过通信串口MAX3232UART用于接收来自PC终端的人工变倍控制指令，此人工变倍控制指令发送到处理器，由处理器发送到变倍驱动模块，再发送到红外大变倍镜头中的变倍电机，由变倍电机驱动镀膜镜片组运动实现连续变焦，同时编码器2和光耦限位开关将变倍电机的转动状态反馈到处理器，处理器判断变倍电机转动是否到达转动限位位置从而停止镀膜镜片组变倍动作。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理器采用STM32F429IGH6单片机，工业级，180MHz主频，2MB FLASH，256+4KB SRAM，32位数据总线，LCD并口资源。
作为本发明的一种优选技术方案，所述SDRAM采用W9825G6KH-6I，4M×4BANKS×16Bits容量，工业级。
作为本发明的一种优选技术方案，所述EEPROM采用AT24C02，256×8bits，工业级。
作为本发明的一种优选技术方案，所述A/D转换采用ADV7180WBCP32Z，支持1路模拟视频输入，数字输出8bits视频数据、VS、HS以及PCLK等信号
作为本发明的一种优选技术方案，所述人机交互装置包括第二RS232接口、PC终端，所述第二RS232接口与所述PC终端连接。
本发明的有益效果：本发明通过设置红外大变倍镜头、红外成像装置、光轴偏移自校正装置、人机交互装置，采用高性能单片机及算法程序解决红外大变倍镜头在连续变焦过程中无法适时进行自适应自动聚焦，从而实现对目标进行有效清晰成像的局限性，克服了现有红外大变倍镜头在连续变焦过程中无法实时聚焦的缺陷，在复杂特殊的应用环境特别是远距离目标观测时能够被采用，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明红外大变倍镜头结构示意图；
图3为本发明红外成像装置结构示意图；
图4为光轴偏移自校正装置结构示意图；
图5为本发明人机交互装置结构示意图。
图中：101、红外大变倍镜头；102、红外成像装置；103、光轴偏移自校正装置；104、人机交互装置；1011、镀膜镜片组；1012、聚焦电机；1013、变倍电机；1014、第一编码器；1015、第二编码器；1016、光耦限位开关；1021、热电转换装置；1022、A/D转换装置；1023、图像增强装置；1024、模拟接口；1025、第一RS232接口；1031、处理器；1032、A/D转换；1033、聚焦驱动模块；1034、变倍驱动模块；1035、MAX3232UART；1036、SDRAM；1037、EEPROM；1041、第二RS232接口；1042、PC终端。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1至图5所示，本发明公开了一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，采用的技术方案是，包括红外大变倍镜头101，红外成像装置102，光轴偏移自校正装置103，人机交互装置104；红外大变倍镜头101与红外成像装置102连接，红外成像装置102与光轴偏移自校正装置103连接，光轴偏移自校正装置103与人机交互装置104连接，各个装置之间采用法兰盘或屏蔽电缆相互连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述红外大变倍镜头101由镀膜镜片组1011对目标热辐射信号进行滤波后输出到红外成像装置102中的热电转换装置1021，经A/D转换装置1022和图像增强装置1023输出模拟图像到光轴偏移自校正装置103。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光轴偏移自校正装置103是本发明的核心装置，对接收来自红外成像装置102的模拟图像进行图像灰度值标准方差的计算比较，光轴偏移自校正装置102通过232端口与人机交互装置104和红外成像装置102的232端口进行通信，实现交互指令的发送；人机交互装置104是PC终端，通过232端口与光轴偏移自校正装置103进行控制命令的传送。
作为本发明的一种优选技术方案，所述红外大变倍镜头101、包含镀膜镜片组1011、聚焦电机1012、变倍电机1013、第一编码器1014、第二编码器1015、光耦限位开关1016，所述镀膜镜片组1011与所述聚焦电机1012连接，所述镀膜镜片组1011与所述变倍电机1013连接，所述聚焦电机1012与所述第一编码器1014连接，所述聚焦电机1012与所述光耦限位开关1016连接，所述变倍电机1013与所述第二编码器1015连接，所述变倍电机1013与所述光耦限位开关1016连接，聚焦电机1012收到来自聚焦驱动模块1033的控制命令，驱动镀膜镜片组1011运动实现聚焦功能，同时第一编码器1014和光耦限位开关1016把聚焦电机1012的动作状态反馈到光轴偏移自校正装置103中处理器1031；变倍电机1013收到来自变倍驱动模块1034的控制命令，驱动镀膜镜片组1011运动实现变倍功能，同时第二编码器1015和光耦限位开关1016把变倍电机1013的动作状态反馈到光轴偏移自校正装置103中处理器1031。
作为本发明的一种优选技术方案，所述红外成像装置102包括热电转换装置1021、A/D转换装置1022、图像增强装置1023、模拟接口1024、第一RS232接口1025，所述热电转换装置1021与所述A/D转换装置1022连接，所述A/D转换装置1022与所述图像增强装置1023连接，所述图像增强装置1023与所述模拟接口1024连接，所述图像增强装置1023与所述第一RS232接口1025连接，热电转换装置1021，A/D转换装置1022，图像增强装置1023，模拟接口1024，第一RS232接口1025，其作用是完成对图像信号热电转换，模数转换，图像增强处理后输出模拟图像信号。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光轴偏移自校正装置103包括处理器1031、A/D转换1032、MAX3232UART 1035、SDRAM 1036、EEPROM 1037、聚焦驱动模块1033、变倍驱动模块1034，所述处理器1031与所述A/D转换1032连接，所述处理器1031与所述MAX3232UART1035连接，所述处理器1031与所述SDRAM 1036连接，所述处理器1031与所述EEPROM 1037连接，所述处理器1031与所述聚焦驱动模块1033连接，所述处理器1031与所述变倍驱动模块1034连接，处理器1031获取视频图像信号后计算图像特征，计算电机转速、方向和转数，判断视频图像灰度是否达到图像灰度值标准方差，若达到标准方差则不做处理；若没有达到此标准方差，处理器1031则输出控制指令到聚焦驱动模块1033，聚焦驱动模块1033将指令发送到红外大变倍镜头101中的聚焦电机1012，聚焦电机1012驱动镀膜镜片组1011运动，同时第一编码器1014和光耦限位开关1016将聚焦电机1012的转动状态反馈到光轴偏移自校正装置103中的处理器1031，处理器1031实时判断图像灰度是否达到图像灰度值标准方差并实时向聚焦电机1012发出控制指令，不断进行修正电机的转动方向和转数，这个调整过程是连续的，直至图像灰度达到图像灰度值标准方差，实现大变倍镜头在连续变焦过程中实时进行自适应自动聚焦，光轴偏移自校正装置103，其变倍控制是通过PC终端1042人工发送命令进行操作，聚焦控制是由处理器1031实现自动校正聚焦，处理器1031通过通信串口MAX3232UART 1035用于接收来自PC终端1042的人工变倍控制指令，此人工变倍控制指令发送到处理器1031，由处理器1031发送到变倍驱动模块1034，再发送到红外大变倍镜头101中的变倍电机1013驱动镀膜镜片组1011运动实现连续变焦，同时第二编码器1015和光耦限位开关1016将变倍电机1013的转动状态反馈到处理器1031，处理器1031判断变倍电机1013转动是否到达转动限位位置从而停止镜片组变倍动作。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理器1031采用STM32F429IGH6单片机，工业级，180MHz主频，2MB FLASH，256+4KB SRAM，32位数据总线，LCD并口资源。
作为本发明的一种优选技术方案，所述SDRAM 1036采用W9825G6KH-6I，4M×4BANKS×16Bits容量，工业级。
作为本发明的一种优选技术方案，所述EEPROM 1037采用AT24C02，256×8bits，工业级。
作为本发明的一种优选技术方案，所述A/D转换1032采用ADV7180WBCP32Z，支持1路模拟视频输入，数字输出8bits视频数据、VS、HS以及PCLK等信号。
作为本发明的一种优选技术方案，所述人机交互装置104包括第二RS232接口1041、PC终端1042，所述第二RS232接口1041与所述PC终端1042连接，其作用是发送人工变倍控制指令，实现对红外镜头的变倍操作。
本发明的工作原理：红外大变倍镜头101由镀膜镜片组1011对目标热辐射信号进行滤波后输出到红外成像装置102中的热电转换装置1021，经A/D转换装置1022和图像增强装置1023输出模拟图像到光轴偏移自校正装置103，光轴偏移自校正装置对接收来自红外成像装置102的模拟图像进行图像灰度值标准方差的计算比较，光轴偏移自校正装置102通过232端口与人机交互装置104和红外成像装置102的232端口进行通信，实现交互指令的发送；人机交互装置104是PC终端，通过232端口与光轴偏移自校正装置103进行控制命令的传送，聚焦电机1012收到来自聚焦驱动模块1033的控制命令，驱动镀膜镜片组1011运动实现聚焦功能，同时第一编码器1014和光耦限位开关1016把聚焦电机1012的动作状态反馈到光轴偏移自校正装置103中处理器1031；变倍电机1013收到来自变倍驱动模块1034的控制命令，驱动镀膜镜片组1011运动实现变倍功能，同时第二编码器1015和光耦限位开关1016把变倍电机1013的动作状态反馈到光轴偏移自校正装置103中处理器1031，处理器1031获取视频图像信号后计算图像特征，计算电机转速、方向和转数，判断视频图像灰度是否达到图像灰度值标准方差，若达到标准方差则不做处理；若没有达到此标准方差，处理器1031则输出控制指令到聚焦驱动模块1033，聚焦驱动模块1033将指令发送到红外大变倍镜头101中的聚焦电机1012，聚焦电机1012驱动镀膜镜片组1011运动，同时第一编码器1014和光耦限位开关1016将聚焦电机1012的转动状态反馈到光轴偏移自校正装置103中的处理器1031，处理器1031实时判断图像灰度是否达到图像灰度值标准方差并实时向聚焦电机1012发出控制指令，不断进行修正电机的转动方向和转数，这个调整过程是连续的，直至图像灰度达到图像灰度值标准方差，实现大变倍镜头在连续变焦过程中实时进行自适应自动聚焦。
本发明涉及的机械及电路连接为本领域技术人员采用的惯用手段，可通过有限次试验得到技术启示，属于公知常识。
本文中未详细说明的部件为现有技术。
上述虽然对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，其特征在于：包括目标热辐射信号、红外大变倍镜头(101)、红外成像装置(102)、光轴偏移自校正装置(103)、人机交互装置(104)，所述红外大变倍镜头(101)与所述红外成像装置(102)连接，所述红外成像装置(102)与所述光轴偏移自校正装置(103)相连接，所述光轴偏移自校正装置(103)与所述红外大变倍镜头(101)相连接，各个装置之间采用法兰盘或屏蔽电缆相互连接，所述红外大变倍镜头(101)具有连续变倍和聚焦功能。
2.根据权利要求1所述的一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，其特征在于：所述红外大变倍镜头(101)、包含镀膜镜片组(1011)、聚焦电机(1012)、变倍电机(1013)、第一编码器(1014)、第二编码器(1015)、光耦限位开关(1016)，所述镀膜镜片组(1011)与所述聚焦电机(1012)连接，所述镀膜镜片组(1011)与所述变倍电机(1013)连接，所述聚焦电机(1012)与所述第一编码器(1014)连接，所述聚焦电机(1012)与所述光耦限位开关(1016)连接，所述变倍电机(1013)与所述第二编码器(1015)连接，所述变倍电机(1013)与所述光耦限位开关(1016)连接。
3.根据权利要求1所述的一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，其特征在于：所述红外成像装置(102)包括热电转换装置(1021)、A/D转换装置(1022)、图像增强装置(1023)、模拟接口(1024)、第一RS232接口(1025)，所述热电转换装置(1021)与所述A/D转换装置(1022)连接，所述A/D转换装置(1022)与所述图像增强装置(1023)连接，所述图像增强装置(1023)与所述模拟接口(1024)连接，所述图像增强装置(1023)与所述第一RS232接口(1025)连接。
4.根据权利要求1所述的一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，其特征在于：所述光轴偏移自校正装置(103)包括处理器(1031)、A/D转换(1032)、MAX3232UART(1035)、SDRAM(1036)、EEPROM(1037)、聚焦驱动模块(1033)、变倍驱动模块(1034)，所述处理器(1031)与所述A/D转换(1032)连接，所述处理器(1031)与所述MAX3232UART(1035)连接，所述处理器(1031)与所述SDRAM(1036)连接，所述处理器(1031)与所述EEPROM(1037)连接，所述处理器(1031)与所述聚焦驱动模块(1033)连接，所述处理器(1031)与所述变倍驱动模块(1034)连接。
5.根据权利要求4所述的一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，其特征在于：所述处理器(1031)采用STM32F429IGH6单片机，工业级，180MHz主频，2MB FLASH，256+4KB SRAM，32位数据总线，LCD并口资源。
6.根据权利要求4所述的一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，其特征在于：所述SDRAM(1036)采用W9825G6KH-6I，4M×4BANKS×16Bits容量，工业级。
7.根据权利要求4所述的一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，其特征在于：所述EEPROM(1037)采用AT24C02，256×8bits，工业级。
8.根据权利要求4所述的一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，其特征在于：所述A/D转换(1032)采用ADV7180WBCP32Z，支持1路模拟视频输入，数字输出8bits视频数据、VS、HS以及PCLK等信号。
9.根据权利要求1所述的一种红外大变倍镜头光轴偏移自校正装置，其特征在于：所述人机交互装置(104)包括第二RS232接口(1041)、PC终端(1042)，所述第二RS232接口(1041)与所述PC终端(1042)连接。
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