專(zhuān)利名稱(chēng)：一種距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光夜視技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置。
背景技術(shù)：
在距離選通激光夜視系統(tǒng)中，為了保證選通光源照明度與接收視場(chǎng)相匹配，從而使光源能量利用率得到最大化，需要同步控制激光器發(fā)散角與鏡頭焦距。此外，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)而言，為獲得感興趣目標(biāo)的空間尺寸，如人的身高、車(chē)輛大小等，需要使用攝像機(jī)模型進(jìn)行反演，這就需要對(duì)鏡頭焦距進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取。因此，研制ー種可實(shí)時(shí)數(shù)控變焦、同步變焦的
裝置具有重要意義
發(fā)明內(nèi)容

(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題為了解決技術(shù)背景中所述的兩個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于上下位機(jī)通信的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，以對(duì)焦距進(jìn)行精密數(shù)控，并使光源發(fā)散角與接收視場(chǎng)相匹配。( ニ )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，該裝置是采用上位機(jī)與下位機(jī)通信的方式進(jìn)行焦距控制，包括上位機(jī)智能控制系統(tǒng)和下位機(jī)智能控制電路，其中上位機(jī)智能控制系統(tǒng)，用于通過(guò)人機(jī)交互界面對(duì)光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的焦距進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)控制；下位機(jī)智能控制電路，用于響應(yīng)上位機(jī)命令，實(shí)時(shí)測(cè)量并反饋光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的焦距值，井根據(jù)上位機(jī)輸入指令自動(dòng)完成二者焦距的匹配調(diào)整。上述方案中，所述上位機(jī)智能控制系統(tǒng)采用軟件界面的方式進(jìn)行人機(jī)交互，通過(guò)輸入焦距值的方式進(jìn)行預(yù)設(shè)，并通過(guò)RS232將預(yù)設(shè)值傳輸至下位機(jī)智能控制電路。上述方案中，所述下位機(jī)智能控制電路包括微控制器、AD轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、精密滑動(dòng)電位器以及機(jī)械傳動(dòng)裝置，其中微控制器作為主控芯片，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器接收激光器與鏡頭上反饋電位器上的電壓值，并將此電壓值與設(shè)定值相比較，進(jìn)行精確校準(zhǔn)，完成焦距定位。上述方案中，該裝置在完成焦距定位的同時(shí)，根據(jù)激光器發(fā)射場(chǎng)和鏡頭接收視場(chǎng)的最佳匹配原則對(duì)激光器焦距進(jìn)行二次調(diào)整，達(dá)到匹配的目的。上述方案中，在完成焦距定位后，焦距值通過(guò)RS232傳輸至上位機(jī)智能控制系統(tǒng)。上述方案中，所述精密滑動(dòng)電位器與機(jī)械傳動(dòng)裝置相連，電位器根據(jù)鏡片的位置反饋電壓值。上述方案中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用閉環(huán)PID法，實(shí)時(shí)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
I、本發(fā)明提供的這種距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，具備數(shù)控變焦和同步變焦功能，照明光源發(fā)散角可與攝像機(jī)鏡頭焦距進(jìn)行聯(lián)動(dòng)匹配，達(dá)到最佳照明的目的。2、本發(fā)明提供的這種距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，是基于上下位機(jī)通信的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，不僅可以通過(guò)上位機(jī)對(duì)焦距進(jìn)行精密數(shù)控，還可通過(guò)自適應(yīng)調(diào)節(jié)方式使光源發(fā)散角與接收視場(chǎng)相匹配。此外，上位機(jī)接收到的鏡頭焦距值可以為后續(xù)目標(biāo)尺寸特征提取提供必要信息。3、本發(fā)明提供的這種距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，可實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的焦距，配合上位機(jī)軟件算法可對(duì)視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行空間信息反演，并實(shí)現(xiàn)光學(xué)發(fā)射視場(chǎng)和接收視場(chǎng)的同步控制，適用于各種激光成像設(shè)備，特別是距離選通激光夜視系統(tǒng)等安防監(jiān)視系統(tǒng)，可配合軟件系統(tǒng)獲得視場(chǎng)中目標(biāo)的尺寸及方位等信息。


圖I是本發(fā)明提供的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置的示意圖。圖2是本發(fā)明提供的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置中下位機(jī)智能控制電路的示意圖。圖3是使用PID法對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制的流程圖。圖4是本發(fā)明提供的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置的程序設(shè)計(jì)流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的工作原理如下如果通過(guò)與鏡頭聯(lián)動(dòng)的滑動(dòng)電位器電阻值對(duì)焦距進(jìn)行反饋，需要獲得滑動(dòng)電位器電阻值與焦距值之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。即在系統(tǒng)工作前，首先對(duì)焦距進(jìn)行標(biāo)定。測(cè)量滑動(dòng)電位器電阻值時(shí)，首先在滑動(dòng)電位器兩端加一路通過(guò)高精度參考電壓芯片產(chǎn)生的固定5V電壓信號(hào)，再對(duì)滑動(dòng)電位器的電壓值進(jìn)行測(cè)量，這樣能最大程度保證電壓的準(zhǔn)確度，也就間接保證了滑動(dòng)電位器電阻值的準(zhǔn)確度。通過(guò)標(biāo)定，可獲得每個(gè)焦距f關(guān)于電壓值U的函數(shù)f =klX (U)，即得到焦距值的反演公式。接著需要對(duì)照明發(fā)散角與攝像機(jī)鏡頭焦距的最佳匹配公式進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定完成后，得到發(fā)散角焦距fl關(guān)于攝像機(jī)焦距f2的函數(shù)fl = k2X (f2)。標(biāo)定完成，通過(guò)微控制器控制AD芯片，讀取電壓值，將其代入上述公式，即可得到焦距值，可通過(guò)串ロ RS232芯片傳輸至上位機(jī)。通過(guò)對(duì)上位機(jī)軟件設(shè)置鏡頭焦距值，將控制信號(hào)通過(guò)RS232傳輸至下位機(jī)。此時(shí)，下位機(jī)將當(dāng)前鏡頭焦距值與采集到的焦距值相比較，若差值的絕對(duì)值在容許范圍之內(nèi)，則不對(duì)焦距進(jìn)行改變。若差值的絕對(duì)值大于容許值，則將焦距值調(diào)整至與設(shè)定值差值小于容許值的范圍之內(nèi)。對(duì)焦距的控制則采用PID (比例積分微分)法，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。其中P為當(dāng)前焦距值與設(shè)定值之差的加權(quán)系數(shù)為對(duì)差值作時(shí)間積分的加權(quán)系數(shù)山為對(duì)差值作時(shí)間微分的加權(quán)系數(shù)。通過(guò)對(duì)電機(jī)的性能進(jìn)行調(diào)試，得到這三個(gè)系數(shù)，計(jì)算出對(duì)電機(jī)施加電壓脈沖的寬度和持續(xù)時(shí)間，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)重復(fù)執(zhí)行上述計(jì)算，反復(fù)對(duì)電機(jī)位置進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)節(jié)，達(dá)到數(shù)控變焦的目的。攝像機(jī)焦距值調(diào)節(jié)完成后，計(jì)算出該焦距對(duì)應(yīng)激光器發(fā)散角的最佳焦距匹配值，通過(guò)同樣的電機(jī)控制方法將其調(diào)整至最佳位置，達(dá)到同步變焦的目的?；谏鲜鰧?shí)現(xiàn)原理，本發(fā)明使用高精度滑動(dòng)電位器作為焦距值的反饋器，將其與焦距控制電機(jī)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)相連，目的在于將其阻值與焦距形成一一映射關(guān)系。本發(fā)明采用上下位機(jī)通信方式控制其中下位機(jī)為主控裝置，使用微處理器作為主控芯片，通過(guò)實(shí)時(shí)讀取AD轉(zhuǎn)換芯片采集到的滑動(dòng)變阻器上的電壓值，將其通過(guò)換算轉(zhuǎn)換為焦距值并進(jìn)行進(jìn)ー步處理。對(duì)電機(jī)的控制采用PID加PWM的閉環(huán)控制方式進(jìn)行。上位機(jī)部分采用MFC人機(jī)交互軟件界面方式控制，通過(guò)手動(dòng)設(shè)定預(yù)設(shè)焦距值，信號(hào)經(jīng)RS232傳輸至下位機(jī)進(jìn)行控制。如圖I所示，圖I是本發(fā)明提供的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置的示意圖，該裝置是采用上位機(jī)與下位機(jī)通信的方式進(jìn)行焦距控制，包括上位機(jī)智能控制系統(tǒng)和下位機(jī)智 能控制電路，其中上位機(jī)智能控制系統(tǒng)用于通過(guò)人機(jī)交互界面對(duì)光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的焦距進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)控制；下位機(jī)智能控制電路用于響應(yīng)上位機(jī)命令，實(shí)時(shí)測(cè)量并反饋光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的焦距值，井根據(jù)上位機(jī)輸入指令自動(dòng)完成二者焦距的匹配調(diào)整。其中，所述上位機(jī)智能控制系統(tǒng)采用軟件界面的方式進(jìn)行人機(jī)交互，通過(guò)輸入焦距值的方式進(jìn)行預(yù)設(shè)，并通過(guò)RS232將預(yù)設(shè)值傳輸至下位機(jī)智能控制電路。所述下位機(jī)智能控制電路包括微控制器、AD轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、精密滑動(dòng)電位器以及機(jī)械傳動(dòng)裝置，其中微控制器作為主控芯片，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器接收激光器與鏡頭上反饋電位器上的電壓值，并將此電壓值與設(shè)定值相比較，進(jìn)行精確校準(zhǔn)，完成焦距定位。該裝置在完成焦距定位的同時(shí)，根據(jù)激光器發(fā)射場(chǎng)和鏡頭接收視場(chǎng)的最佳匹配原則對(duì)激光器焦距進(jìn)行二次調(diào)整，達(dá)到匹配的目的。在完成焦距定位后，焦距值通過(guò)RS232傳輸至上位機(jī)智能控制系統(tǒng)。所述精密滑動(dòng)電位器與機(jī)械傳動(dòng)裝置相連，電位器根據(jù)鏡片的位置反饋電壓值。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用閉環(huán)PID法，實(shí)時(shí)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制。圖2是本發(fā)明提供的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置中下位機(jī)智能控制電路的示意圖。其中，I為微控制器，接收由上位機(jī)從RS232傳輸過(guò)來(lái)的指令數(shù)據(jù)。2為10位A/D轉(zhuǎn)換芯片，主要負(fù)責(zé)讀取滑動(dòng)電位器4和5上的電壓值?；瑒?dòng)電位器4和5分別與激光器鏡頭6和攝像機(jī)鏡頭7相聯(lián)動(dòng)，當(dāng)激光器鏡頭6和攝像機(jī)鏡頭7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)滑動(dòng)電位器4和5滑動(dòng)，導(dǎo)致滑動(dòng)電位器4和5的電阻值改變。在滑動(dòng)電位器4和5上分別加一路基準(zhǔn)電壓，此時(shí)滑動(dòng)電位器4和5電阻值的改變會(huì)引起其電壓值的變化。通過(guò)微控制器I來(lái)初始化A/D轉(zhuǎn)換芯片2，使A/D轉(zhuǎn)換芯片2采樣速率調(diào)整到最合適的程度。A/D轉(zhuǎn)換芯片2讀取到滑動(dòng)電位器4和5的電壓值后通過(guò)串行協(xié)議傳輸至微控制器1，微控制器I通過(guò)標(biāo)定值反演出鏡頭的焦距，并與設(shè)定值作差運(yùn)算，判斷差值是否在允許的閾值范圍內(nèi)。若在閾值范圍之內(nèi)則不對(duì)焦距作出修正，若不在閾值范圍之內(nèi)，則通過(guò)PID算法控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3，輸出PWM驅(qū)動(dòng)波形驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至合適的位置。本電路可控制各種低功率直流電機(jī)，具備一定泛用性。圖3是使用PID法對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制的流程圖。首先獲取鏡頭實(shí)時(shí)的焦距值，將其與設(shè)定值作差運(yùn)算。將近10次所求差值存入ー數(shù)組，每獲得一次新的差值則將最早求出的差值舍棄。比例系數(shù)P、積分系數(shù)I、微分系數(shù)D可通過(guò)對(duì)電機(jī)的性能標(biāo)定實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取。將最近一次的差值與P相乗，獲得輸出函數(shù)的比例項(xiàng)；將近10次的差值相加后與積分系數(shù)相乗，獲得輸出函數(shù)的積分項(xiàng)；將最近一次的差值與其上一次差值做差再與微分系數(shù)相乗，獲得輸出函數(shù)的微分項(xiàng)。根據(jù)實(shí)際情況分別賦予這三項(xiàng)一定的加權(quán)值后，將其相加，便可獲得最終的輸出系數(shù)O。以此輸出系數(shù)為輸入值代入PWM發(fā)生器，根據(jù)O的極性和大小調(diào)整PWM波形的極性、脈寬以及持續(xù)時(shí)間，帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4是本發(fā)明提供的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置的程序設(shè)計(jì)流程圖，其總體流程是上位機(jī)發(fā)送指令——微控制器讀取攝像機(jī)焦距——微控制器判斷焦距誤差——調(diào)整攝像機(jī)焦距——判斷發(fā)散角焦距誤差——調(diào)整發(fā)散角焦距。在本實(shí)施例中，上位機(jī)程序采用VC++平臺(tái)的MFC框架編寫(xiě)，使用mscomm控件進(jìn)行串ロ通信；下位機(jī)采用keil平臺(tái)的C程序編寫(xiě)。本發(fā)明提供的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置具有的特殊之處在于通過(guò)自動(dòng)控制電路和焦距位置反饋裝置對(duì)激光夜視系統(tǒng)的發(fā)射視場(chǎng)和接收視場(chǎng)進(jìn)行同步數(shù)控，同時(shí)可根據(jù)PC上位機(jī)界面對(duì)實(shí)時(shí)焦距進(jìn)行手動(dòng)控制及設(shè)定。自動(dòng)控制電路采用微控制器與AD 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行焦距采樣，同時(shí)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)焦距進(jìn)行調(diào)整，焦距值通過(guò)RS232傳輸至上位機(jī)。本發(fā)明可實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的焦距，配合上位機(jī)軟件算法可對(duì)視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行空間信息反演，并實(shí)現(xiàn)光學(xué)發(fā)射視場(chǎng)和接收視場(chǎng)的同步控制，適用于各種激光成像設(shè)備，特別是距離選通激光夜視系統(tǒng)等安防監(jiān)視系統(tǒng)，可配合軟件系統(tǒng)獲得視場(chǎng)中目標(biāo)的尺寸及方位等信
ο以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，其特征在于，該裝置是采用上位機(jī)與下位機(jī)通信的方式進(jìn)行焦距控制，包括上位機(jī)智能控制系統(tǒng)，用于通過(guò)人機(jī)交互界面對(duì)光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的焦距進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)控制；以及下位機(jī)智能控制電路，用于響應(yīng)上位機(jī)命令，實(shí)時(shí)測(cè)量并反饋光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的焦距值，并根據(jù)上位機(jī)輸入指令自動(dòng)完成二者焦距的匹配調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，其特征在于，所述上位機(jī)智能控制系統(tǒng)采用軟件界面的方式進(jìn)行人機(jī)交互，通過(guò)輸入焦距值的方式進(jìn)行預(yù)設(shè)，并通過(guò)RS232將預(yù)設(shè)值傳輸至下位機(jī)智能控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，其特征在于，所述下位機(jī)智能控制電路包括微控制器、AD轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、精密滑動(dòng)電位器以及機(jī)械傳動(dòng)裝置，其中微控制器作為主控芯片，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器接收激光器與鏡頭上反饋電位器上的電壓值，并將此電壓值與設(shè)定值相比較，進(jìn)行精確校準(zhǔn)，完成焦距定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，其特征在于，該裝置在完成焦距定位的同時(shí)，根據(jù)激光器發(fā)射場(chǎng)和鏡頭接收視場(chǎng)的最佳匹配原則對(duì)激光器焦距進(jìn)行二次調(diào)整，達(dá)到匹配的目的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，其特征在于，在完成焦距定位后，焦距值通過(guò)RS232傳輸至上位機(jī)智能控制系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，其特征在于，所述精密滑動(dòng)電位器與機(jī)械傳動(dòng)裝置相連，電位器根據(jù)鏡片的位置反饋電壓值。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用閉環(huán)PID法，實(shí)時(shí)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種距離選通激光夜視智能調(diào)焦裝置，該裝置是采用上位機(jī)與下位機(jī)通信的方式進(jìn)行焦距控制，包括上位機(jī)智能控制系統(tǒng)和下位機(jī)智能控制電路，其中上位機(jī)智能控制系統(tǒng)，用于通過(guò)人機(jī)交互界面對(duì)光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的焦距進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)控制；下位機(jī)智能控制電路，用于響應(yīng)上位機(jī)命令，實(shí)時(shí)測(cè)量并反饋光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的焦距值，并根據(jù)上位機(jī)輸入指令自動(dòng)完成二者焦距的匹配調(diào)整。本發(fā)明可實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的焦距，配合上位機(jī)軟件算法可對(duì)視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行空間信息反演，并實(shí)現(xiàn)光學(xué)發(fā)射視場(chǎng)和接收視場(chǎng)的同步控制，適用于各種激光成像設(shè)備，特別是距離選通激光夜視系統(tǒng)等安防監(jiān)視系統(tǒng)，可配合軟件系統(tǒng)獲得視場(chǎng)中目標(biāo)的尺寸及方位等信息。
文檔編號(hào)G02B7/28GK102692693SQ201210188939
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者周燕, 曹憶南, 王新偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所