[发明专利]机电融合型图像稳定装置

说明书

【技术领域】本发明适用于运动载体基光电平台昼夜稳定成像，属于机电控制及图像处理领域。

【背景技术】信息化战争条件下，武器系统要求通过光电技术手段实时感知目标区域态势并对目标参数进行高精度测量，获取清晰、稳定的视频图像序列已经成为实施精确打击的关键前提。受各种外部扰动及载体运动的影响，车载、舰载、机载光电平台直接获取的图像信息往往包含各类噪声从而发生失真或偏转，难以实现目标搜索、瞄准及观测，图像稳定技术应运而生。

理论上只有三轴稳定平台才能真正实现图像稳定，但其机电系统十分复杂，相关设计、制造、装配要求极其严格，导致成本畸高难以量产；目前，陀螺稳定平台已经成为事实上的标准解决方案，方位-俯仰两轴稳定平台技术成熟，但无法消除横滚扰动。

【发明内容】本发明针对上述问题，提供一种融合两轴平台与电子图像消旋技术的图像稳定装置，用于实现视频图像在方位、俯仰、横滚方向稳定。

如附图1所示，方位与俯仰陀螺安装在俯仰框架内，由此衍生耦合问题——在稳定方位轴时，陀螺输出的方位速率信息需利用俯仰角度进行解耦后再使用。

设载体坐标系为（X，Y，Z），如附图2所示。其中，OX为载体前端方向，OY为与载体基座底面垂直的方向，（X₁，Y，Z₁）为方位坐标系，（X₂，Y₂，Z₁）为俯仰坐标系，θ_a为光轴的方位角，θ_f为光轴的俯仰角。由图易知，光轴OX₂在坐标系OXYZ中的位置由θ_a、θ_f唯一确定。当载体有角速度时，此角速度将通过平台环架向台体耦合。

又设ω_x、ω_y、ω_z为载体坐标系三个坐标轴的角速度分量，例如对舰载平台即为横摇角速度、艏摇角速度、纵摇角速度。ω_x、ω_y、ω_z通过OY与OZ₁轴的摩擦约束和几何约束耦合给方位环与俯仰环，两环伺服回路工作即可隔离相应扰动。推导易得，船体扰动对OX₂轴的角速度分量为：

                                                                                    （1）

该分量无法隔离，此即两轴陀螺平台的固有缺陷，最终导致目标图像以-ω_x2的角速度旋转。对ω_x2积分，可得图像消旋角θ。给定数字图像，设其绕图像中心点（）旋转角度后得到图像。（）与（）之间的映射关系为：

            （2）

据此对每帧图像进行像素级运算操作，从而实现电子消旋。为减轻系统计算负担，采用加装横滚速率陀螺，直接利用该方向角速率信息积分得θ，其初始角度由静态条件下倾角仪输出的纵、横角依据式（3）计算得出。

            （3）

本发明取代传统三轴稳定平台，在目标搜瞄、跟踪、侦测领域能够广泛运用，其解决技术问题的具体方案为：

机电融合型图像稳定装置包括控制组件、图像处理器、稳定平台和综合光电瞄具，其特征在于，控制组件嵌入稳定平台底部，稳定平台方位轴嵌入导电滑环，方位轴上安装有力矩电机和旋转变压器；稳定平台上部设有“U”形旋转臂，“U”形旋转臂外部安装有防护罩；“U”形旋转臂的俯仰轴的一侧安装有力矩电机，另一侧安装有旋转变压器；综合光电瞄具通过“Z”形架安装于“U”形旋转臂的俯仰轴上；图像处理器安装于综合光电瞄具的下部。

所述稳定平台由力矩电机、旋转变压器、陀螺仪组件、倾角仪和“U”形旋转臂组成。

所述综合光电瞄具由可见光摄像机、红外热像仪、激光测距机组成。

所述激光测距机的后侧安装有方位-俯仰陀螺、横滚陀螺组合而成的陀螺仪组件。

所述控制组件由综合控制板和伺服驱动板以混搭方式组成。

所述防护罩为整体铸件。

所述防护罩外壁上固定安装有可见光玻璃和红外玻璃。