[发明专利]非制冷红外热像仪连续变焦及快速自动聚焦电路及方法

说明书

技术领域

本发明属于红外成像及红外运动控制领域，根据红外图像及连续变焦凸轮曲线，实现对连续变焦红外热像仪精确变焦控制及任意位置自动聚焦控制，适用于红外搜救、跟踪、监控及安防系统，特别涉及一种非制冷红外热像仪连续变焦及快速自动聚焦电路及方法。

背景技术

对于监控、安防系统，首先需要快速大范围搜索并发现目标，然后才能对目标进行放大，跟踪、监控。当采用单镜头时，由于视场固定，如果采用大视场镜头，有利于目标的搜索但不利于对目标进行放大、跟踪和监控。采用小视场镜头，则不利于目标的搜索。如果采用双视场和三视场镜头，从大视场切换到小视场时，由于不能实时监控，容易丢失目标。而采用连续变焦红外镜头的红外热像仪有着无与伦比的优势，当需要搜索目标时，采用大视场方式，便于大范围内快速发现目标，当发现目标后，根据目标的特征，可以快速调整到合适的视场大小，而且在视场调整时，红外热像仪图像能一直保持清晰，实现对目标实时监控，不会因为视场的切换而丢失目标。

然而实际的连续变焦镜头不可能保持变焦范围内所有的点都齐焦，影响连续变焦红外镜头齐焦性主要有以下三个方面的，第一：由于受零、部件(特别是变焦凸轮曲线)加工误差，以及红外连续变焦镜头装配误差的影响，连续变焦红外镜头的齐焦性一直很不稳定，很难保证连续变焦镜头在焦距范围内的任何位置图像一直都保持清晰；第二：由于红外光学材料折射率温度系数dn/dT较大，比可见光光学材料折射率的温度系数大一个数量级以上，因此，在不同环境温度下，红外镜片的曲率、厚度及相对位置都会发生变化，从而使连续变焦红外热像仪的齐焦性更加劣化。由于装配调试通常在室温条件下进行，当某个镜头装调完成后，在室温时齐焦性尚能满足要求，但在其它温度条件下，不同的变焦位置成像时，目标离焦情况千差万别，很难通过某些固定的补偿方式进行修正。第三：由于红外热像仪接收目标的红外辐射，在某一个环境温度下，工作一段时间后，红外镜头的温度会缓慢升高，此时，也会导致红外镜头的齐焦性发生变化，特别是当红外镜头的焦距较大时，目标离焦及像差会更加明显。使用红外热像仪经常会发现，在对某个目标连续监控一段时间后，红外视频会越来越模糊。采用电动调焦时，很难快速将视频图像调节到最佳状态，特别是在视场转换后，在用户进行电动调焦的过程中，目标可能消失在视场之外，因此严重影响用户对目标的监视及跟踪。

由于连续变焦凸轮是一个不规则的曲线，很难根据目标特征精确调整视场大小并反馈当前视场大小的值，采用传统方式反馈的视场精度也无法满足目标跟踪使用要求。

此外，非制冷红外热像仪像元点灰度值波动范围较大，在相同的环境温度，对同一个目标进行观测时，每个像元点的变化量在0～7之间，因此采用基于图像的梯度的自动聚焦算法很难将聚焦的精度提高到98%以上。由于环境的湿度及目标距离的影响，根据图像的灰度值也难以判定目标的离焦程度，如果采用相同的聚焦步长时，会导致聚焦的速度及精度达不到使用的要求。因此，制约了自动聚焦技术在非制冷红外热像仪上的应用。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种采用线性分段拟合方式，精确模拟出变焦凸轮曲线；自动聚焦采用模糊控制与Tenengrad评价函数相结合的方式，通过自适应聚焦步长，快速准确地实现目标聚焦的非制冷红外热像仪连续变焦及快速自动聚焦电路及方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种非制冷红外热像仪连续变焦及快速自动聚焦电路，其特征在于，包括：供电电路、 数据采集电路、主控系统电路、电机驱动电路、位置反馈电路、 串口控制电路，其中：

所述供电电路包括：开关电源，与开关电源相连的低压差线性稳压器LDO；

所述数据采集电路包括：数字视频接口以及FIFO存储器；

所述主控系统电路包括：主控制芯片MCU，数字信号处理芯片DSP，与所述数字信号处理芯片DSP相连的用于存储程序的串口FLASH；

所述电机驱动电路包括：变焦电机驱动，与变焦电机驱动相连的聚焦电机驱动，与聚焦电机驱动相连的电机驱动，所述电机驱动为H桥驱动；

所述位置反馈电路包括：采用同一个基准源供电的线性电位器和采样ADC；

所述串口控制电路包括：用于与上位机系统通信的上行串口，用于与数字板通信的数据字板通信串口；