Парфокальная калибровка и быстрая компенсация инфракрасного объектива с постоянным масштабированием и высоким коэффициентом масштабирования — проектирование аппаратной схемы

Инфракрасные объективы с непрерывным зумом обычно используют метод пространственной камеры для масштабирования, объединяя непрерывное постепенное поле зрения, что удобно для быстрого преобразования между тремя функциями поиска, мониторинга и отслеживания. По сравнению с использованием нескольких объективов, объективы с непрерывным зумом не только малы по размеру и весу, что способствует системной интеграции, но также может сэкономить много средств.

Однако из-за ошибок механической обработки и сборки сложно гарантировать парфокальность инфракрасного объектива с непрерывным зумом (четкое изображение в любом положении непрерывного зумирования). Даже если парфокальная регулировка достигает стандарта при комнатной температуре (25°C), из-за влияния монтажного напряжения и термического напряжения, а также при изменении температуры окружающей среды парфокальность объектива с постоянным зумом сильно изменится.

Инфракрасный объектив с непрерывным масштабированием и высоким коэффициентом масштабирования более чувствителен к температуре. Чем больше разница между температурой окружающей среды и нормальной температурой, тем очевиднее ухудшение парфокальности. Следовательно, инфракрасный объектив с постоянным увеличением и большим коэффициентом увеличения не может гарантировать парфокальность.

Чтобы обеспечить парфокальность непрерывного инфракрасного трансфокатора с большим коэффициентом масштабирования, необходимо добиться быстрой компенсации в процессе масштабирования, чтобы исключить непарфокальность различных положений трансфокатора при разных температурах.

Существует два широко используемых метода компенсации: один — использование автофокусировки, а другой — температурная компенсация. Метод автофокусировки необходимо выполнять после окончания масштабирования. Из-за монотонности градиента серого изображения надежность автофокусировки невысока для движущихся целей, но этот метод не требует калибровки, а стоимость установки ниже.

Метод температурной компенсации требует быстрой компенсации в соответствии с ранее откалиброванным эталонным значением, с быстрой скоростью компенсации, высокой надежностью и простым отслеживанием. Однако при подгонке точек положения необходимо проводить калибровку при разных температурах окружающей среды, что сложно отладить, а для целей, расстояние которых меньше минимального расстояния визуализации, калибровочное значение не может быть четко отображено, и требуется дополнительная фокусировка.

Чтобы обеспечить парфокальность инфракрасного объектива с непрерывным зумом и большим коэффициентом масштабирования, в этой статье будет специально представлен один из парфокальных методов - аппаратная схема, так что инфракрасный объектив с непрерывным зумом и большим коэффициентом масштабирования можно будет использовать в различных среды, которые могут эффективно согласовать цель.

Схема управления инфракрасным объективом с непрерывным масштабированием в основном состоит из следующих частей:

Управление энергопотреблением

Управление питанием обеспечивает стабильное питание всей схемы, в основном используя импульсный источник питания для питания FPGA, MCU, двигателя и вспомогательных цепей; в то время как часть схемы выборки (включая аналоговую схему, опорный источник и датчик температуры в GD32F450I, GD32E103T8U6) использует линейный источник питания LDO. Таким образом, можно повысить эффективность источника питания и гарантировать точность выборки.

Управление масштабированием и управление компенсацией

Поскольку во время процесса масштабирования схемой компенсации необходимо управлять в режиме реального времени, для повышения точности управления используются два микроконтроллера для отдельного управления схемой компенсации.

В основном элементе управления используется чип CORTEX M4 GD32F450I, основная частота составляет 200 Мбит/с, ее можно разогнать до 400 Мбит/с. Упрощенный набор команд ARM с 512 КБ SRAM и 1792 КБ флэш-памяти позволяет хранить калибровочную позицию.

Используя инкрементный энкодер с более высоким разрешением, можно получить более высокую точность. Частота дискретизации 20 М используется для обеспечения соответствия точности компенсации требованиям во время высокоскоростной компенсации. Вспомогательное управление использует чип CORTEXM4 GD32E103T. Скорость двигателя масштабирования медленнее, чем скорость компенсационного двигателя. Для выборки положения масштабирования можно использовать либо энкодер, либо потенциометр.

Потенциометром удобно управлять, но время выборки больше, и энкодер необходимо инициализировать, но расчет прост, время выборки короче, а точность выше. Кодер масштабирования использует частоту дискретизации 6M.

В процессе масштабирования заранее найдите таблицу компенсации, чтобы найти расчетную точку положения компенсации за пределами допуска (ее можно установить в соответствии с различными сегментами масштабирования, большее значение устанавливается для короткого фокусного расстояния, а меньшее значение установлено для длинного фокусного расстояния).

Текущее значение масштабирования необходимо заранее передать от вспомогательного элемента управления к основному элементу управления, а основной элемент управления может быстро выполнить предварительную компенсацию в соответствии с текущим положением и точно компенсировать в точке остановки или конечном положении.

Предварительная компенсация в основном предназначена для завершения парфокальной настройки инфракрасного объектива с непрерывным зумом с большим коэффициентом масштабирования, чтобы гарантировать, что изображение объектива с непрерывным зумом будет более четким во время процесса непрерывного масштабирования.

Схема ПЛИС

Схема FPGA в основном используется для расчета градиента серого текущего изображения и передачи значения градиента серого в GD32F450I в соответствии с частотой кадров.

В главном блоке управления данные передаются в режиме DMA. Эти часы частоты кадров используются для синхронной выборки GD32F450 и считывания текущего значения положения энкодера.

Это положение можно использовать для проверки нормальности компенсационного движения. Если градиент серого не введен в режиме подъема на холм, основной блок управления GD32F450I определит, что текущая цель не находится в положении бесконечности или текущая цель не находится на установленном значении самого дальнего фокусного расстояния, и Основной блок управления GD32F450I изменит алгоритм управления движением и перейдет в режим управления автофокусом.

Алгоритм автофокусировки в основном используется для проверки алгоритма компенсационного управления движением. Если сортировка градиента серого изображения в норме, алгоритм управления температурной компенсацией завершит контроль парфокальности. Если текущий объектив находится в режиме слежения, объектив с непрерывным зумом может использовать только алгоритм управления компенсацией для компенсации парфокальности.

Проверка температуры

Схема измерения температуры в основном используется для измерения температуры в различных положениях. Большой зум-объектив более чувствителен к температуре, чем непрерывный зум-объектив, поэтому необходимо измерять несколько точек местоположения, поэтому использование метода многоточечной средней температуры может лучше отражать текущую температуру окружающей среды. В реальных условиях три точки измерения температуры также используются для резервирования. Когда определенная температурная точка является ненормальной, для определения текущей температуры используется метод 2 к 1.

Последовательное управление

Схема управления последовательным портом используется для связи с системой, получения системных команд и возврата в текущее состояние.

Благодаря описанной выше конструкции аппаратной схемы можно эффективно достичь цели по парфокальности инфракрасного объектива с непрерывным масштабированием и большим коэффициентом масштабирования. Инфракрасный объектив с постоянным зумом, разработанный и изготовленный компанией Quanhom, может эффективно фокусироваться на цели даже в суровых условиях. Мы также принимаем во внимание легкий вес и стоимость продукта, который очень подходит для удаленного мониторинга и национальной безопасности, а также поддерживает формат SXGA (1280x1024 12 мкм).

Если после прочтения вышеизложенного вы хотите узнать больше об инфракрасных объективах с непрерывным зумом, обратитесь в компанию Quanhom за профессиональным советом.

Являясь ведущим производителем опто-электромеханических компонентов , мы располагаем профессиональной и опытной профессиональной командой, которая постоянно разрабатывает первоклассные новые инфракрасные технологии и имеет многолетний опыт разработки сложных продуктов, связанных с инфракрасной оптикой. Наши высококачественные тепловизионные инфракрасные линзы (LWIR, MWIR и SWIR) хорошо принимаются пользователями, а наш продуманный комплексный сервис также завоевал похвалу и доверие многих клиентов. Если вы хотите купить наш инфракрасный объектив с непрерывным зумом, немедленно свяжитесь с нами!