專利名稱：基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)
背景技術(shù)：
目前，目標(biāo)跟蹤已經(jīng)從單個(gè)目標(biāo)跟蹤發(fā)展到多目標(biāo)跟蹤以及目標(biāo)與周圍環(huán)境相對(duì)位置變化的監(jiān)視。單視場(chǎng)跟蹤系統(tǒng)受自身性能限制，當(dāng)跟蹤多個(gè)目標(biāo)時(shí)往往出現(xiàn)丟失某些目標(biāo)的情況，也無(wú)法監(jiān)視目標(biāo)與周圍環(huán)境相對(duì)位置的變化。多個(gè)鏡頭的拼接在一定程度上可以滿足上述要求，但是多鏡頭的簡(jiǎn)單拼接存在協(xié)同性差、有死角的缺點(diǎn)。因此，一個(gè)單鏡頭系統(tǒng)且具有大范圍監(jiān)視的寬視場(chǎng)和局部跟蹤的窄視場(chǎng)成為多目標(biāo)跟蹤以及目標(biāo)與周圍環(huán)境相對(duì)位置變化監(jiān)視的首選。申請(qǐng)?zhí)枮?00910072691. 5，名稱為基于凝視成像方式的大視場(chǎng)掃描熱成像系統(tǒng)的專利中公開了一種單個(gè)鏡頭，前端為大視場(chǎng)，后端依靠移動(dòng)二維支架上的窄視場(chǎng)凝視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跟蹤掃描。申請(qǐng)?zhí)枮?00810116485. 5，名稱為共用主次鏡的雙視場(chǎng)離軸三反集成式光學(xué)系統(tǒng)的專利中公開了一種一個(gè)鏡頭，大范圍寬視場(chǎng)跟蹤時(shí)，依靠前端擺掃平面鏡方式實(shí)現(xiàn)；窄視場(chǎng)成像時(shí)，依靠不同光的譜段經(jīng)反射鏡反射后成在兩個(gè)圖像探測(cè)器上。最近，微反射鏡陣列作為系統(tǒng)元件在投影和顯示系統(tǒng)中也開始得到越來(lái)越多的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決多目標(biāo)跟蹤以及目標(biāo)與周圍環(huán)境相對(duì)位置變化的監(jiān)視的問題，提供一種基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)。本發(fā)明的基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)由孔徑光闌、第一子系統(tǒng)、視場(chǎng)光闌、孔徑分割平板、第二子系統(tǒng)、第三子系統(tǒng)組成。第一子系統(tǒng)采用伽利略望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)將入射光束壓縮至孔徑分割平板尺寸大小為10 20mm范圍內(nèi)。孔徑分割平板在其底部電路的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)其頂部每個(gè)孔徑內(nèi)的反射鏡進(jìn)行快速選擇偏轉(zhuǎn)。第二子系統(tǒng)接收孔徑分割平板上反射的光線經(jīng)第二子系統(tǒng)反射后聚集在圖像探測(cè)器I上成寬視場(chǎng)的像。第三子系統(tǒng)接收孔徑分割平板上反射的光線經(jīng)第三子系統(tǒng)反射后進(jìn)入聚焦系統(tǒng)，最后在圖像探測(cè)器2上成窄視場(chǎng)的像。其中，圖像探測(cè)器2的像元尺寸要比圖像探測(cè)器I的像元尺寸小，以便窄視場(chǎng)成高分辨率的像。其中，窄視場(chǎng)的成像范圍可以從局部擴(kuò)大到同寬視場(chǎng)一樣大小。窄視場(chǎng)成的像與寬視場(chǎng)成的像同時(shí)顯示在畫面上，實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)視，局部跟蹤功能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(I)結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化1、相比多鏡頭的簡(jiǎn)單拼接，采用單鏡頭設(shè)計(jì)減少了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度；2、采用孔徑分割平板頂部每個(gè)孔徑內(nèi)的反射鏡進(jìn)行分光，每個(gè)孔徑內(nèi)的反射鏡選擇偏轉(zhuǎn)狀態(tài)由孔徑分割平板底部的驅(qū)動(dòng)電路控制，孔徑分割平板既是整個(gè)系統(tǒng)的分光元件又是實(shí)現(xiàn)跟蹤的執(zhí)行元件，簡(jiǎn)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。(2)功能上的改進(jìn)[0010]1、本發(fā)明中以電驅(qū)動(dòng)反射鏡偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)相比于機(jī)械式推掃和平面鏡擺掃，在跟蹤監(jiān)視的實(shí)時(shí)性方面更有優(yōu)勢(shì)。2、本發(fā)明中寬視場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)是依靠第二子系統(tǒng)內(nèi)反射鏡反射所有來(lái)自孔徑分割平板的光線，然后聚集成像在圖像探測(cè)器I上，窄視場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)是第三子系統(tǒng)內(nèi)反射鏡反射部分來(lái)自孔徑分割平板的光線，然后成像在圖像探測(cè)器2上。綜合了機(jī)械式推掃前端大范圍寬視場(chǎng)成像穩(wěn)定、良好的優(yōu)點(diǎn)和反射鏡反射后成在圖像探測(cè)器上局部窄視場(chǎng)跟蹤靈活、成像清晰的優(yōu)點(diǎn)，而成為集實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、良好的大范圍寬視場(chǎng)成像，局部清晰成像和快速、靈活跟蹤為一體的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)。3、本發(fā)明中的寬視場(chǎng)成像顯示系統(tǒng)內(nèi)可執(zhí)行多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)圖像跟蹤程序，并將多個(gè)目標(biāo)的像素坐標(biāo)反饋給總體成像系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)模型的解算驅(qū)動(dòng)孔徑分割平板向第二子系統(tǒng)內(nèi)反射不同的光信息，從而可實(shí)現(xiàn)單個(gè)目標(biāo)的窄視場(chǎng)成像及跟蹤。

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)中孔徑分割平板結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示孔徑分割平板結(jié)構(gòu)示意圖，孔徑分割平板尺寸為10 20mm。孔徑分割平板頂部(5-1)每個(gè)分割孔徑內(nèi)為尺寸大小10 20微米的反射鏡，這些反射鏡在孔徑分割孔徑底部(5-2)驅(qū)動(dòng)電路控制下，偏轉(zhuǎn)一定角度，且偏轉(zhuǎn)上億次后仍然良好。驅(qū)動(dòng)電路選擇控制每個(gè)反射鏡的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，每個(gè)反射鏡偏轉(zhuǎn)一定角度到恢復(fù)至零狀態(tài)所需時(shí)間極短，約5 10微秒。如果驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)所有反射鏡向兩個(gè)方向來(lái)回偏轉(zhuǎn),每次偏轉(zhuǎn)時(shí)間大約是10 20微秒,那么在這兩個(gè)方向?qū)⒊赏耆粯拥膶捯晥?chǎng)所有像。如果驅(qū)動(dòng)電路在一個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)反射鏡偏轉(zhuǎn)，在另一個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)部分反射鏡偏轉(zhuǎn)，且偏轉(zhuǎn)時(shí)間都在微秒量級(jí)，那么將在一個(gè)方向上成寬視場(chǎng)的像，另一個(gè)方向上成窄視場(chǎng)的像。而且隨著圖像跟蹤系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)的變化，信號(hào)將驅(qū)動(dòng)偏轉(zhuǎn)反射鏡的不同區(qū)域偏轉(zhuǎn)，使寬視場(chǎng)中不同區(qū)域的光信息反射到窄視場(chǎng)成像系統(tǒng)內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)在保持寬窄視場(chǎng)同時(shí)成像的情況下，能完成場(chǎng)景大范圍監(jiān)視、特定目標(biāo)局部跟蹤的功能。如圖2所示基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)由孔徑光闌(I)、第一子系統(tǒng)(2)、視場(chǎng)光闌(3)、孔徑分割平板(5)、第二子系統(tǒng)(4)、第三子系統(tǒng)
(6)組成。第一子系統(tǒng)(2)光束壓縮采用伽利略望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)，且該系統(tǒng)為定焦系統(tǒng)，望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)中物鏡為單雙物鏡(2-1)，目鏡為凱涅爾目鏡(2-2)。第一子系統(tǒng)(2)對(duì)入射光束壓縮至孔徑分割平板(5)尺寸大小范圍內(nèi)，利于孔徑內(nèi)的反射鏡反射?？讖椒指钇桨?5)利用孔徑內(nèi)的反射鏡進(jìn)行反射分光。反射所有光線到第二子系統(tǒng)(4)，根據(jù)目標(biāo)跟蹤需要，選擇偏轉(zhuǎn)孔徑內(nèi)反射鏡的不同，反射部分光線到第三子系統(tǒng)(6)，且該子系統(tǒng)為變焦系統(tǒng)。第三子系統(tǒng)(6)根據(jù)接收到的光線，再經(jīng)過(guò)第三子系統(tǒng)(6)系統(tǒng)的變焦，可以在感光元件(6-3)上得到更多物體細(xì)節(jié)的清晰的窄視場(chǎng)圖像。
權(quán)利要求1.基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)，其特征在于它由孔徑光闌(I)、第一子系統(tǒng)(2)、視場(chǎng)光闌(3)、孔徑分割平板(5)、第二子系統(tǒng)(4)、第三子系統(tǒng)(6)組成；第一子系統(tǒng)(2)采用伽利略望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)對(duì)入射光束壓縮，孔徑分割平板(5)利用孔徑內(nèi)的反射鏡進(jìn)行反射分光，第二子系統(tǒng)(4)利用反射鏡I (4-1)、正透鏡I (4-3)成寬視場(chǎng)的像，第三子系統(tǒng)(6)利用反射鏡11(6-1)和正透鏡11(6-2)聚焦后成窄視場(chǎng)的像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述第一子系統(tǒng)(2)光束壓縮采用望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)直光路結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)心光路，望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)中物鏡為單雙物鏡(2-1)或單個(gè)物鏡、鏡組，其中望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)為伽利略望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)或開普勒望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)；目鏡為凱涅爾目鏡(2-2)或單個(gè)目鏡、鏡組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述孔徑分割平板(5)頂部每個(gè)孔徑內(nèi)采用單個(gè)反射鏡分光，底部由電路選擇驅(qū)動(dòng)每個(gè)孔徑內(nèi)的反射鏡；孔徑分割平板(5)是整個(gè)系統(tǒng)的分光元件和實(shí)現(xiàn)跟蹤的執(zhí)行元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述的寬窄視場(chǎng)中，窄視場(chǎng)的成像范圍可以從局部擴(kuò)大到同寬視場(chǎng)一樣大小。
專利摘要基于孔徑分割技術(shù)的寬窄視場(chǎng)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)由孔徑光闌、第一子系統(tǒng)、視場(chǎng)光闌、孔徑分割平板、第二子系統(tǒng)、第三子系統(tǒng)組成。第一子系統(tǒng)采用伽利略望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)將入射光束壓縮至孔徑分割平板尺寸大小范圍內(nèi)?？讖椒指钇桨逶谄涞撞侩娐返尿?qū)動(dòng)下，對(duì)其頂部每個(gè)孔徑內(nèi)的反射鏡進(jìn)行快速選擇偏轉(zhuǎn)。第二子系統(tǒng)接收孔徑分割平板上反射的光線經(jīng)第二子系統(tǒng)反射后聚集在圖像探測(cè)器1上成寬視場(chǎng)的像。第三子系統(tǒng)接收孔徑分割平板上反射的光線經(jīng)第三子系統(tǒng)反射后進(jìn)入聚焦系統(tǒng)，最后在圖像探測(cè)器2上成窄視場(chǎng)的像，其中，窄視場(chǎng)的成像范圍可以從局部擴(kuò)大到同寬視場(chǎng)一樣大小。窄視場(chǎng)成的像與寬視場(chǎng)成的像同時(shí)顯示在畫面上，實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)視，局部跟蹤功能。
文檔編號(hào)G02B26/10GK202904121SQ201220577329
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者郭喜慶, 解官寶, 楊敬嫻, 韓文欽, 孫鵬飛, 唐亞軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電研究院