[发明专利]基于双反射镜的大角度范围扫描成像装置及方法

说明书

本发明公开了基于双反射镜的大角度范围扫描成像装置及方法，包括方位扫描单元、高低扫描单元、同步控制电路和光电成像传感器，同步控制电路控制方位传动机构和高低传动机构按照设定的时序转动，外部场景的物空间信息依次经过方位扫描反射镜和高低扫描反射镜两次反射后成像至光电成像传感器的光敏面上。本发明采用垂直设置的高低扫描反射镜和方位扫描反射镜在同步电路控制下对外部场景的成像体进行全方位大角度扫描，并同步控制光电成像探测器的曝光时刻，高低和方位每步进扫描一个角度，光电探测器曝光设定的积分时间，从而确保了全方位、大视野的高清晰成像。

技术领域

本发明属于视频监控应用领域，涉及一种基于双反射镜和光电成像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。更大的观测范围和更高的分辨率是光电成像传感器追求的主要性能指标，这两个指标是互为约束的，在系统设计中必须采取折中，比如长焦距系统虽然探测距离够远、分辨率够高，但是观测范围很小。安防、警戒、监控应用是大观测范围高分辨率光电成像系统的主要应用方向。

目前的监控系统将光电成像传感器安装在电控云台上实现大角度范围探测。云台应用最大的不足是其运动过程会造成图像拖尾混叠，导致系统探测能力下降。图像混叠的根本原因是由于光电探测器曝光期间云台转动导致了景物的角位移。获得清晰图像的根本方法是保证在光电探测器曝光成像期间暂停云台转动。然而，安装光电传感器的云台具有较大的质量，整体步进运动速度低下、功耗大且步进冲击会导致云台寿命及可靠性降低。

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。

申请号为201711267102.X的中国专利“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”公开了一种基于单反射镜进行扫描成像的系统，反射镜和成像探测器分别设置在不同的转轴上，而且对转轴的精度和同步性要求较高，限制了其大规模推广应用。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提出了一种双反射镜及成像探测器实现大范围扫描成像的装置和方法，实现了大角度范围的全景视野成像，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：

基于双反射镜的大角度范围扫描成像装置，其特征在于：包括方位扫描单元、高低扫描单元、同步控制电路和光电成像传感器，方位扫描单元包括方位扫描反射镜和驱动方位扫描反射镜转动的方位传动机构，高低扫描单元包括高低扫描反射镜和驱动高低扫描反射镜转动的高低传动机构，同步控制电路控制方位传动机构和高低传动机构按照设定的时序转动，外部场景的物空间信息依次经过方位扫描反射镜和高低扫描反射镜两次反射后成像至光电成像传感器的光敏面上。

上述基于双反射镜的大角度范围扫描成像装置中，方位扫描反射镜和高低扫描反射镜的光轴夹角为90°。

上述基于双反射镜的大角度范围扫描成像装置中，方位传动机构为步进电机。