紅外面陣掃描成像系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及紅外面陣掃描成像系統及其控制方法，屬于掃描機構控制的技術領 域。
【背景技術】
[0002] 在全方位紅外捜索與跟蹤警戒系統中，紅外熱像儀多采用線陣探測器，配合光機 掃描機構，實現360°的掃描成像。國外紅外捜索警戒系統中紅外探測器多采用線陣探測 器，具備全方位掃描成像功能，其掃描速度需要與探測器積分時間、信號讀出時間同步匹 配，若要具備跟蹤功能，則需要另外添加面陣探測器。由于面陣探測器在積分時間內焦平面 與景物之間會產生相對運動，如果不及時進行速度補償，就容易造成探測器成像發生模糊 的問題，導致成像質量的下降。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出了紅外面陣掃描成像系統及其控制 方法，解決了由于在探測器積分時間內焦平面與景物之間會產生相對運動，導致探測器輸 出圖像發生模糊的問題。
[0004] 本發明是通過如下方案予W實現的： 陽0化]1.紅外面陣掃描成像系統，其特征在于，該系統包括掃描機構、面陣探測器和轉 臺，所述的掃描機構由掃描電機、光學鏡片和驅動模塊組成；掃描機構和面陣探測器安裝 在轉臺上，掃描機構設置在面陣探測器焦平面前；掃描機構中還設有掃描控制器，該掃描控 制器分別連接面陣探測器、轉臺和驅動模塊，其中，驅動模塊驅動掃描電機帶動光學鏡片運 動；
[0006] 掃描控制器用于采集轉臺的位置脈沖信號，計算轉臺的轉速V。，根據獲取面陣探 測器的積分時間T的大小，計算得到掃描電機的轉速Vi和掃描線性區時間T1。
[0007] 進一步的，掃描控制器與面陣探測器和轉臺之間都通過低電壓差分信號（LVD巧 傳輸模式進行信號傳輸；掃描控制器和驅動模塊之間采用SPI串行通訊方式傳輸信號。
[0008] 進一步的，所述的掃描電機的轉速Vi(° /ms)為：
[0009] 白 〇=ν〇ΧΤ
陽01引其中，Θ。為轉臺的運動角度；Vc(。/ms)為轉臺的周掃速度；T(ms)為探測器積分 時間；Θ1為經過光學系統壓縮后，掃描機構需要逆向轉動角度；N為光學系統壓縮比。
[0013] 進一步的，所述的掃描線性區時間Τι大于面陣探測器的積分時間T。
[0014] 2.基于紅外面陣掃描成像系統的紅外面陣掃描控制方法，步驟如下：
[0015] 步驟1.掃描機構上電后，掃描電機進行找零工作，并將電機鎖定在光學零位處；
[0016] 步驟2.掃描機構完成上電后，啟動紅外面陣掃描成像系統，轉臺轉動并帶動掃描 機構進行周掃運動，掃描機構采集轉臺的位置脈沖信號，計算轉臺的速度V。，根據面陣探測 器的積分時間T的大小，計算得到掃描電機的轉速VI和掃描線性區時間T1;
[0017] 步驟3.掃描機構獲取掃描電機的位置信號并和根據該位置信號產生的掃描性區 時間信號T2-起傳輸給探測器作為外同步信號，探測器根據接收到的外同步信號輸出圖 像。
[0018] 進一步的，步驟3中所述的掃描電機的轉速表達式Vi(° /ms)為：
[0019]白〇=ν〇ΧΤ
陽0巧其中，Θ。為轉臺的運動角度；vc(。/ms)為轉臺的周掃速度；T(ms)為探測器積分 時間；Θ1為經過光學系統壓縮后，掃描機構需要逆向轉動角度；N為光學系統壓縮比。
[0023] 進一步的，步驟3中所述的掃描電機的掃描線性區時間Τι大于面陣探測器的積分 時間Τ。
[0024] 進一步的，步驟1在掃描電機進行找零工作時，掃描電機的掃描機械角度范圍 為-12. 5°~+12. 5°，對應的光學鏡片的光學角度范圍為-25°~巧5°。
[00巧]本發明和現有技術相比的有益效果是：
[00%] 現有技術中，由于紅外面陣成像系統在進行周掃時，當轉臺的轉速增加到一定程 度時，由于面陣探測器在積分時間內焦平面與景物之間會產生相對運動，使得探測器采集 到的圖像發生模糊，降低圖像質量。本發明提出了一種紅外面陣掃描控制方法，并且還設計 了一套紅外面陣掃描成像系統。本發明通過采集轉臺的速度，配合面陣探測器的積分時序， 計算得到掃描電機的轉速和掃描線性區時間。從而驅動掃描電機產生相對運動，并根據掃 描電機的位置信號，產生相應的掃描性區時間信號并傳輸給探測器使其輸出圖像。本發明 利用轉臺的轉速和探測器積分時序對掃描速度進行補償，實現在快速掃描過程中的清晰成 像。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發明實施例的實物結構示意圖；
[0028]圖2是本發明實施例的掃描機構原理圖；
[0029] 圖3是本發明實施例的掃描機構控制時序圖；
[0030]圖4是本發明實施例的掃描機構控制流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細的說明。
[0032] 本發明提出了一種紅外面陣掃描成像系統，該系統包括：面陣探測器、轉臺和掃描 機構，掃描機構由驅動模塊、掃描電機和光學鏡片組成；其中，掃描機構和面陣探測器安裝 在轉臺上，掃描機構設置在面陣探測器焦平面前，使外界景物光線勻速的通過焦平面。
[0033] 掃描機構中還設置有掃描控制器實現信號的采集，傳輸和處理，本實施例中采用 的掃描控制器為CPLD模塊，CPLD模塊與面陣探測器和轉臺之間采用LVDS信號模式進行數 據傳輸，CPLD模塊和驅動模塊之間通過SPI通訊方式進行信號傳輸；驅動模塊驅動掃描電 機帶動光學鏡片運動。
[0034] 在本實施例中的面陣探測器采用640X512中波面陣凝視型紅外探測器，面元大 小為25um，典型積分時間為3ms。
[0035] 在本實施例中的掃描電機選用有限轉角音圈電機，具有較快的響應時間和較高的 位置精度。
[0036] 本實施例中的光學鏡片采用碳化娃基底、表面鍛金的光學鏡片，有效保證了較高 的動態和靜態的面形精度W及對中波達到90%W上的反射率要求。
[0037] 在本實施例中采用的可編程大規模邏輯器件（CPLD)的型號為EPM7128STI100,作 為處理核屯、器件，具有高阻抗、電可擦除等特點，其中，可用口單元為2500個，管腳間最大 延遲為5ns。
[0038] 本發明還提出了一種紅外面陣掃描成像系統的掃