[发明专利]一种采用光电探测器阵列实现大范围扫描成像的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于视频监控应用领域，涉及一种利用面阵光电探测器实现大范围全景扫描成像的装置和方法。

背景技术

在视频监控告警应用领域，需要对大地域或大空域范围实施图像监控，这类应用对监控传感器监控范围、分辨能力、灵敏度以及报警反应时间等技术指标均有很高要求。在保证传感器分辨率及灵敏度(保证对规定目标的探测距离，特别是上千米距离对小型目标探测)的前提下，通过扫描方法实现大范围场景图像采集是扩大监控范围的主要途径。

对于面阵成像探测器，例如CCD、CMOS、红外焦平面等探测器，使其获得一幅良好图像的基本条件就是在其曝光(探测器光积分，积分时间一般在数十微秒至数十毫秒之间)时间内，保持场景成像的凝视(静止)，否则会导致图像模糊，严重影响探测能力。

目前，在扫描过程中实现短暂凝视的方法有反向扫描补偿法和光学多通道法。反向扫描补偿法在传感器(摄像机)光学系统中设置惯量极小的扫描反射镜，该反射镜可以在探测器积分时间内反向于摄像机的扫描方向运动，以补偿扫描运动，使探测器获得凝视场景；在探测器消隐期，反射镜复位，为下一幅图像曝光做好反向补偿准备。这种方式的特点是补偿速度快，扫描同步精度要求高，技术难度大。光学多通道法采用多个不同指向的光学通道，通过光路切换顺序完成不同方向场景在探测器的成像。特点是体积大、不适于长焦距远距离探测系统应用。

此外，传统的摄像机在步进电机驱动下走一步停一步进行步进扫描，原理上可以完成大范围扫描成像，但是由于较大的传感器质量导致扫描速度慢，特别是在摄像机光学系统焦距增加(光学镜头质量增加)到一定程度时，连续的步进冲击会导致系统功耗激增、可靠性骤降，影响到工程应用可行性。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提出了一种采用光电探测器阵列实现大范围扫描成像的装置和方法，在成像镜头不动的情况下，采用同步转动的光电探测器阵列和反射镜实现对全景视野的成像，由于转动的是轻质量部件，可实现较高的步进扫描速度以及保持高稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种采用光电探测器阵列实现大范围扫描成像的装置，其特征在于：包括依次设置的光电探测器阵列、成像镜头和反射镜，所述的光电探测器阵列和反射镜设置在成像镜头的光轴上，所述的反射镜与光轴呈倾斜夹角设置，外部场景经过反射镜和成像镜头后成像在光电探测器阵列的光敏面上；

所述的光电探测器阵列固定在与光轴同轴线设置的第一转轴上，并绕第一转轴旋转，所述的反射镜设置在与光轴同轴线的第二转轴上并绕第二转轴旋转，所述的第一转轴和第二转轴同步转动。

进一步的，所述的反射镜的两个侧边固定在框形的反射镜架上，反射镜架固定在第二转轴上并绕第二转轴转动。

进一步的，反射镜架上设置有角度摆动机构，驱动反射镜摆动，实现反射镜与光轴之间倾斜夹角的变化。

进一步的，所述的角度摆动机构包括摆动电机和轴承，反射镜的两个侧边对应设置有两只摆动转轴，一只摆动转轴通过轴承固定在反射镜架上，另一只摆动转轴与摆动电机的转轴固联，所述的摆动电机固定在反射镜架上。

进一步的，所述的倾斜夹角为30°至60°。

进一步的，光电探测器阵列与第一转轴之间设置有集电环，实现探测器的供电与信号输出。

进一步的，所述的第一转轴和第二转轴分别在步进电机驱动下实现同步转动，所述的摆动电机为步进电机。

一种采用光电探测器阵列实现大范围扫描成像的方法，所述的光电探测器阵列前依次设置有成像镜头和反射镜，反射镜和光电探测器阵列设置在成像镜头的光轴上，且反射镜与光轴呈倾斜夹角设置，外部场景经过反射镜和成像镜头后成像在光电探测器阵列的光敏面上；所述的大范围扫描成像的方法，包括以下步骤：

【8.1】光电探测器阵列和反射镜按照设定角度，绕光轴同步旋转一个角度单位；

【8.2】光电探测器阵列采集记录此位置的图像信号；

【8.3】重复步骤【8.1】至【8.2】，光电探测器阵列和反射镜按照设定的步进速率绕光轴旋转，实现大范围视场成像。

一种采用光电探测器阵列实现大范围扫描成像的方法，其特征在于，所述的光电探测器阵列前依次设置有成像镜头和反射镜，反射镜和光电探测器阵列设置在成像镜头的光轴上，且反射镜与光轴呈倾斜夹角设置，外部场景经过反射镜和成像镜头后成像在光电探测器阵列的光敏面上；所述的大范围扫描成像的方法，包括以下步骤：

【9.1】光电探测器阵列和反射镜按照设定旋转角度，绕光轴同步旋转一个角度单位；