[发明专利]基于步进电机的双光谱观测仪视场同步控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于步进电机的双光谱观测仪视场同步控制系统，包括红外成像系统、可见光成像系统以及用于变倍、聚焦和采集成像数据的控制电路，所述红外成像系统和可见光成像系统均由变倍镜组、聚焦镜组、变倍电机和聚焦电机组成，红外成像聚焦镜组（2）的后端设置有红外成像探测器组件（3），可见光聚焦镜组（9）的后端设置有可见光摄像机（10）；其特征在于：变倍电机和聚焦电机上分别设置有对其转动步数进行检测的变倍编码器和聚焦编码器；控制电路通过变倍编码器和聚焦编码器获取红外成像系统和可见光成像系统的变倍、聚焦信息，并通过变倍电机、聚焦电机驱使其进行变倍和聚焦，使得红外成像系统和可见光成像系统的视场同步。

2.根据权利要求1所述的基于步进电机的双光谱观测仪视场同步控制系统，其特征在于：在红外成像系统和可见光成像系统的视场同步过程中，控制电路首先获取当前成像系统的变倍值、聚焦值，并根据变倍值确定出当前成像系统的视场角，由视场角确定出待调节成像系统的变倍值；控制电路由当前成像系统的聚焦值确定出待调节成像系统的聚焦值，根据求出的变倍值、聚焦值对待调节成像系统进行调节，实现红外成像系统和可见光成像系统视场的同步。

3.根据权利要求1所述的基于步进电机的双光谱观测仪视场同步控制系统，其特征在于：所述控制电路（15）由主控制器和EEPROM存储器组成，可见光摄像机（10）和红外热成像探测器（3）的模拟视频信号输出端与主控制器的输入端相连接；变倍电机和聚焦电机的控制端与主控制器的输出端相连接，变倍编码器和聚焦编码器的输出端与主控制器的输入端相连接。

4.根据权利要求3所述的基于步进电机的双光谱观测仪视场同步控制系统，其特征在于：所述主控制器通过RS485总线和PAL制模拟视频信号线连接有上位机；上位机用于接收和存储图像和视频数据，并通过主控制器控制可见光成像系统和红外成像系统进行变倍和聚焦。

5.根据权利要求1或2所述的基于步进电机的双光谱观测仪视场同步控制系统，其特征在于：所述变倍电机和聚焦电机均采用步进电机。

6.一种基于权利要求1所述的基于步进电机的双光谱观测仪视场同步控制系统的同步方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

1).获取清晰图像，通过上位机或双光谱观测仪上按键的控制，驱使变倍镜组和、聚焦镜组分别进行变倍和聚焦调节，直至获取当前成像系统下某一场景的清晰图像；

2).读取当前成像系统的变倍、聚焦值，读取当前成像系统清晰成像时变倍编码器和聚焦编码器输出的变倍值和聚焦值，设变倍值为A、聚焦值为B；

3).获取当前成像系统的视场角，根据成像系统本身所固有的视场角与变倍值之间的对应关系，获取变倍值为A时所对应的当前成像系统的视场角                                               ；

4).获取待调节成像系统的变倍值，根据成像系统所固有的视场角与变倍值的对应关系，获取视场角为时所对应的待调节成像系统的变倍值，设变倍值为C；

5).获取待调节成像系统的聚焦值，根据同一视场角条件下，可见光成像系统与红外成像系统的聚焦值具有一致的对应关系，由当前成像系统的聚焦值B确定出待调节成像系统的聚焦值，设聚焦值为D；

6).视场同步化，根据步骤4)中获取的变倍值C和步骤5)中获取的聚焦值D，控制电路通过变倍电机驱使变倍镜组运动至变倍值为C的位置处，通过聚焦电机驱使聚焦镜组运动至聚焦值为D的位置处；以实现红外成像系统和可见光成像系统的视场同步，无需手动变倍、聚焦调节即可实现红外成像系统与可见光成像系统的视场同步，保证成像清晰。

7.根据权利要求6所述的基于步进电机的双光谱观测仪视场同步控制系统的同步方法，其特征在于，步骤5)中所述的可见光成像系统与红外成像系统聚焦值的一致对应关系通过以下步骤进行建立：

5-1).观察一致场景，调节可见光成像系统和红外成像系统，使其观察同一场景，此时可见光成像系统与红外成像系统的视场角相等；

5-2).等分聚焦行程，设红外成像系统的聚焦行程为Xmm，以红外成像系统为基准，根据聚焦镜组的整个行程距离Xmm，以2mm为单位，将整个聚焦行程进行均分为Y份； Y=X/2；当X不能被X整除时，舍去余数；

5-3).选取红外成像聚焦点，在红外成像系统的聚焦行程内，每隔2mm选取一个点，通过聚焦编码器的输出记录下此时红外成像系统的聚焦值，并在红外成像画面中选取能够聚焦清楚的物体作为标识物；

5-4).获取可见光成像聚焦点，将双光谱观测仪切换至可见光成像，在可见光画面中对步骤5-3)中同一标识物进行观察，并同时进行聚焦调节，直至标识物聚焦清楚，通过聚焦编码器记下此时可见光成像系统的聚焦值；并将步骤5-3)中红外成像系统的聚焦值与步骤5-4)中的可见光成像系统的聚焦值作为一组对应值进行存储；

5-5).获取Y份对应值，重复执行步骤5-3)和步骤5-4)直至红外成像系统的整个聚焦行程均记录完毕，可获取Y组红外成像系统与可见光成像系统聚焦值的对应数组；

5-6).聚焦值对应调节，在视场同步聚焦调节的过程中，只要知道一个成像系统的聚焦值，通过查找对应数组中的聚焦值，即可获取另一个成像系统的聚焦值，实现视场同步的同时，保证成像清晰。