本發(fā)明涉及被動(dòng)成像探測領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)形電機(jī)的新型360°被動(dòng)成像探測裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

360°被動(dòng)成像探測技術(shù)在工業(yè)安防，國土防衛(wèi)等領(lǐng)域具有十分重要的作用，目前該類型的傳感器主要采用hgh紅外系統(tǒng)公司研制的被動(dòng)圖像方案掃描成像方案，該方案使用高性能滑環(huán)實(shí)現(xiàn)能量及信號(hào)的傳輸，但高性能滑環(huán)質(zhì)量和體積比較大，而且非常價(jià)格昂貴，導(dǎo)致360°被動(dòng)成像探測裝置售價(jià)非常高，結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于環(huán)形電機(jī)的新型360°被動(dòng)成像探測裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，該方案不需要使用滑環(huán)即可實(shí)現(xiàn)360°被動(dòng)成像探測，具有成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于環(huán)形電機(jī)的新型360°被動(dòng)成像探測裝置，包括環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3，環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3分為中空筒狀結(jié)構(gòu)和沿中空筒狀上端部向外延伸的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)兩部分，中空筒狀結(jié)構(gòu)從軸承6的中心穿過，且與軸承6的內(nèi)環(huán)固連，中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)底部壁上鑲嵌有磁片5；環(huán)形電機(jī)定子2為空心盤狀，其內(nèi)壁與軸承6外環(huán)固連，上端部均勻的纏繞著多個(gè)線圈4，環(huán)形電機(jī)定子2纏繞線圈的端面平行于環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)；反射鏡1固連在環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3上，且與環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3環(huán)狀結(jié)構(gòu)平面成成預(yù)設(shè)角度，且反射鏡在環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3環(huán)狀結(jié)構(gòu)平面上的投影區(qū)域包含環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3中空筒狀結(jié)構(gòu)的中空區(qū)域；

被動(dòng)圖像探測器10固連在中央處理模塊11上，且被動(dòng)探測器10的接收光軸與環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)軸重合；光學(xué)鏡頭7固定在被動(dòng)圖像探測器10的接收光路上，且接收光軸與環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)軸重合；光電碼盤8為空心圓環(huán)狀，固連在環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的內(nèi)部中空筒狀結(jié)構(gòu)底部外側(cè)，光電碼盤8能夠隨環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，光電開關(guān)9固定在中央處理模塊11上，并與中央處理模塊11通過導(dǎo)線相連，且能夠探測到光電碼盤8的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送給中央處理模塊11，被動(dòng)圖像探測器10通過導(dǎo)線與中央處理模塊11相連，并將探測到的信號(hào)傳遞給中央處理模塊11進(jìn)行后處理；

所述環(huán)形電機(jī)定子2、環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3、軸承6和光電碼盤9均為中空結(jié)構(gòu)，反射鏡1能夠通過該中空結(jié)構(gòu)將目標(biāo)的像反射到被動(dòng)圖像探測器10上；

所述環(huán)形電機(jī)定子13、環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子14、環(huán)形軸承15和光電碼盤9均為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且對(duì)稱軸相互重合。

所述反射鏡1與環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3環(huán)狀結(jié)構(gòu)平面成45度角。

所述的基于環(huán)形電機(jī)的新型360°被動(dòng)成像探測裝置進(jìn)行被動(dòng)成像探測的方法，包括如下步驟：步驟一：中央處理模塊11通過導(dǎo)線給環(huán)形電機(jī)定子2上的線圈4通電，并驅(qū)動(dòng)環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)；

步驟二：環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3轉(zhuǎn)動(dòng)，帶光電碼盤8轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤8的轉(zhuǎn)動(dòng)觸發(fā)光電開關(guān)9生成脈沖信號(hào)，中央管理模塊11讀取該脈沖信號(hào)并測量出環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

步驟三：中央管理模塊11測量到環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動(dòng)角度后，即觸發(fā)被動(dòng)圖像探測器10采集圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給中央管理模塊11；

步驟四：中央管理模塊11將被動(dòng)圖像探測器10獲得的圖像數(shù)據(jù)按照式(1)進(jìn)行解算就獲得了一組探測圖像數(shù)據(jù)；

式中：

代表某個(gè)像素點(diǎn)在被動(dòng)圖像探測器坐標(biāo)系xcocyc上的坐標(biāo)，

代表該像素點(diǎn)在電機(jī)定子坐標(biāo)系xoy上的坐標(biāo)，該坐標(biāo)值也就是最終解算出來的坐標(biāo)，

為轉(zhuǎn)換矩陣，設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，

θ為環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度；

步驟五：環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3不斷旋轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟二至步驟四，就可以獲取360°視場范圍內(nèi)的被動(dòng)探測圖像數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明專利將電機(jī)轉(zhuǎn)子和電機(jī)定子設(shè)計(jì)成中空結(jié)構(gòu)，利用該結(jié)構(gòu)反射鏡可以將目標(biāo)圖像反射到被動(dòng)探測器上，經(jīng)過對(duì)圖像的坐標(biāo)變換就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)360°范圍內(nèi)目標(biāo)的監(jiān)視，該方案避免使用了傳統(tǒng)方案中的滑環(huán)，從而提高系統(tǒng)的可靠性及使用壽命，同時(shí)有助于降低系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。

附圖說明

圖1本發(fā)明360°被動(dòng)成像探測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明環(huán)形電機(jī)剖面示意圖。

圖3本發(fā)明360°被動(dòng)成像解算算法示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明一種基于環(huán)形電機(jī)的新型360°被動(dòng)成像探測裝置，包括環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3，環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3分為中空筒狀結(jié)構(gòu)和沿中空筒狀上端部向外延伸的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)兩部分，中空筒狀結(jié)構(gòu)從軸承6的中心穿過，且與軸承6的內(nèi)環(huán)固連，中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)底部壁上鑲嵌有磁片5；環(huán)形電機(jī)定子2為空心盤狀，其內(nèi)壁與軸承6外環(huán)固連，上端部均勻的纏繞著多個(gè)線圈4，環(huán)形電機(jī)定子2纏繞線圈的端面平行于環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)；反射鏡1固連在環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3上，且與環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3環(huán)狀結(jié)構(gòu)平面成成預(yù)設(shè)角度，且反射鏡在環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3環(huán)狀結(jié)構(gòu)平面上的投影區(qū)域包含環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3中空筒狀結(jié)構(gòu)的中空區(qū)域；

被動(dòng)圖像探測器10固連在中央處理模塊11上，且被動(dòng)探測器10的接收光軸與環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)軸重合；光學(xué)鏡頭7固定在被動(dòng)圖像探測器10的接收光路上，且接收光軸與環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)軸重合；光電碼盤8為空心圓環(huán)狀，固連在環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的內(nèi)部中空筒狀結(jié)構(gòu)底部外側(cè)，光電碼盤8能夠隨環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，光電開關(guān)9固定在中央處理模塊11上，并與中央處理模塊11通過導(dǎo)線相連，且能夠探測到光電碼盤8的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送給中央處理模塊11，被動(dòng)圖像探測器10通過導(dǎo)線與中央處理模塊11相連，并將探測到的信號(hào)傳遞給中央處理模塊11進(jìn)行后處理；

如圖2所示，所述環(huán)形電機(jī)定子2、環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3、軸承6和光電碼盤9均為中空結(jié)構(gòu)，反射鏡1能夠通過該中空結(jié)構(gòu)將目標(biāo)的像反射到被動(dòng)圖像探測器10上；所述環(huán)形電機(jī)定子13、環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子14、環(huán)形軸承15和光電碼盤9均為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且對(duì)稱軸相互重合。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述反射鏡1與環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3環(huán)狀結(jié)構(gòu)平面成45度角，這樣可以保證探測器能夠探測到與電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸相互平行的平面的圖像數(shù)據(jù)。

本發(fā)明基于環(huán)形電機(jī)的新型360°被動(dòng)成像探測裝置進(jìn)行被動(dòng)成像探測的方法，包括如下步驟：

步驟一：中央處理模塊11通過導(dǎo)線給環(huán)形電機(jī)定子2上的線圈4通電，并驅(qū)動(dòng)環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)；

步驟二：環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3轉(zhuǎn)動(dòng)，帶光電碼盤8轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤8的轉(zhuǎn)動(dòng)觸發(fā)光電開關(guān)9生成脈沖信號(hào)，中央管理模塊11讀取該脈沖信號(hào)并測量出環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

步驟三：中央管理模塊11測量到環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動(dòng)角度后，即觸發(fā)被動(dòng)圖像探測器10采集圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給中央管理模塊11；

步驟四：中央管理模塊11將被動(dòng)圖像探測器10獲得的圖像數(shù)據(jù)按照式(1)進(jìn)行解算就獲得了一組探測圖像數(shù)據(jù)；

式中：

代表某個(gè)像素點(diǎn)在被動(dòng)圖像探測器坐標(biāo)系xcocyc上的坐標(biāo)，

代表該像素點(diǎn)在電機(jī)定子坐標(biāo)系xoy上的坐標(biāo)，該坐標(biāo)值也就是最終解算出來的坐標(biāo)，

如圖3所示，

xcocyc定義的方法：oc為電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸與探測器平面的交點(diǎn)，ocxc，

ocyc軸位于探測器平面內(nèi)，且相互垂直，且繞電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角速度相同。

xoy定義的方法：o為電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸與探測器平面的交點(diǎn)，ox，

oy軸位于探測器平面內(nèi)，且相互垂直，且初始時(shí)刻ox與ocxc重合，oy與ocyc軸重合，但ox與oy并不隨電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。

為轉(zhuǎn)換矩陣，設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，

θ為環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度；

步驟五：環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子3不斷旋轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟二至步驟四，就可以獲取360°視場范圍內(nèi)的被動(dòng)探測圖像數(shù)據(jù)。