自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)及調(diào)焦方法
【專利摘要】一種自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，包括光學(xué)主體機(jī)構(gòu)、電控箱以及自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)；光學(xué)主體機(jī)構(gòu)由鏡筒和光學(xué)鏡片組件構(gòu)成，用于獲取目標(biāo)的光學(xué)圖像信息；電控箱包括依次相連的探測器、圖像處理器以及控制器，用于實(shí)現(xiàn)調(diào)焦控制，其中，探測器安裝在電控箱與光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的接口處，圖像處理器用于根據(jù)數(shù)字圖像信息生成離焦判據(jù)信息，并發(fā)送相應(yīng)控制指令到控制器，控制器與自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)相連；自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的鏡筒支撐模塊與光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的鏡筒之間設(shè)有直線導(dǎo)槽，壓電陶瓷驅(qū)動模塊通過剛性推桿連接到鏡筒，自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)根據(jù)接收到的控制信號調(diào)節(jié)鏡筒位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。
【專利說明】自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)及調(diào)焦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電領(lǐng)域，尤其涉及一種用于微小衛(wèi)星的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)及調(diào)焦方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代光學(xué)微小衛(wèi)星具有重量輕、體積小、功耗小等特點(diǎn)，逐步廣泛應(yīng)用于遙感、空間科學(xué)試驗(yàn)、深空探測等方面，對未來航天領(lǐng)域的發(fā)展起到了重要的作用。但是，光學(xué)衛(wèi)星在發(fā)射過程中可能會因振動導(dǎo)致星載光學(xué)系統(tǒng)出現(xiàn)離焦現(xiàn)象。光學(xué)系統(tǒng)離焦是影響成像質(zhì)量的重要因素，為了獲得理想的衛(wèi)星圖像，衛(wèi)星發(fā)射后必須重新檢查光學(xué)系統(tǒng)的焦面位置，必要時對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行在軌調(diào)焦。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)提出了多種手動調(diào)焦光學(xué)機(jī)構(gòu)，但這些調(diào)焦機(jī)構(gòu)屬于地面手動調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，需要人工操作，無法實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星在軌航天的自適應(yīng)調(diào)焦。傳統(tǒng)的光學(xué)衛(wèi)星多采用電機(jī)驅(qū)動、氣缸驅(qū)動、液壓驅(qū)動等傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)焦機(jī)構(gòu)，調(diào)焦精度不高，而且導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)體積和重量都較大，使得衛(wèi)星成本較高，同時也無法滿足現(xiàn)代光學(xué)微小衛(wèi)星重量輕、體積小、功耗小的任務(wù)要求，而且無法在星上實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。中國專利201310258010.0提出了一種應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)的壓電陶瓷直線電機(jī)調(diào)焦裝置，比傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)焦裝置精度高、重量輕，但是該機(jī)構(gòu)活動導(dǎo)軌較多，并且缺少調(diào)焦量程放大機(jī)構(gòu)，在大口徑的光學(xué)系統(tǒng)上仍然存在體積和重量較大的問題，不具備應(yīng)用于微小衛(wèi)星的自適應(yīng)調(diào)焦能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)焦機(jī)構(gòu)調(diào)焦精度不高，無法滿足現(xiàn)代光學(xué)微小衛(wèi)星重量輕、體積小、功耗小的任務(wù)要求，不具備應(yīng)用于微小衛(wèi)星的自適應(yīng)調(diào)焦能力的問題，提供一種自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，采用壓電陶瓷驅(qū)動，重量輕、體積小、調(diào)焦精度高。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，包括鏡筒支撐模塊、鎖緊模塊以及壓電陶瓷驅(qū)動模塊；所述鏡筒支撐模塊與一光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的鏡筒之間設(shè)有直線導(dǎo)槽，用于約束所述鏡筒沿光軸方向移動；所述鎖緊模塊采用撓性結(jié)構(gòu)，用于對所述鏡筒進(jìn)行解鎖和鎖定操作；所述壓電陶瓷驅(qū)動模塊包括壓電陶瓷驅(qū)動器、滑動連桿組件以及末端操縱器，所述壓電陶瓷驅(qū)動器和滑動連桿組件安裝在所述鏡筒支撐模塊上，所述末端操縱器通過剛性推桿連接到所述鏡筒，所述壓電陶瓷驅(qū)動器通過接收外部控制信號來調(diào)節(jié)所述滑動連桿組件的運(yùn)動狀態(tài)，從而帶動所述末端操縱器滑動，調(diào)節(jié)所述鏡筒位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)焦機(jī)構(gòu)調(diào)焦精度不高，無法滿足現(xiàn)代光學(xué)微小衛(wèi)星重量輕、體積小、功耗小的任務(wù)要求，不具備應(yīng)用于微小衛(wèi)星的自適應(yīng)調(diào)焦能力的問題，提供一種自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與精密機(jī)械智能控制技術(shù)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)星載光學(xué)系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)焦，具有智能性強(qiáng)、調(diào)焦精度高、范圍大，調(diào)焦機(jī)構(gòu)自重小、體積小，可應(yīng)用于微小衛(wèi)星，能夠促使微小衛(wèi)星在光學(xué)系統(tǒng)離焦后進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)焦，獲得理想的衛(wèi)星圖像。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，包括光學(xué)主體機(jī)構(gòu)、電控箱以及本發(fā)明所述的自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)；所述光學(xué)主體機(jī)構(gòu)由鏡筒和光學(xué)鏡片組件構(gòu)成，用于獲取目標(biāo)的光學(xué)圖像信息，其中所述光學(xué)鏡片組件安裝在所述鏡筒內(nèi)部；所述電控箱包括依次相連的探測器、圖像處理器以及控制器，用于實(shí)現(xiàn)調(diào)焦控制，其中，所述探測器安裝在所述電控箱與所述光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的接口處，用于通過所述光學(xué)鏡片組件獲取目標(biāo)的光學(xué)圖像信息，并生成數(shù)字圖像信息發(fā)送給所述圖像處理器；所述圖像處理器用于根據(jù)所述數(shù)字圖像信息生成離焦判據(jù)信息，并發(fā)送相應(yīng)控制指令到所述控制器；所述控制器與所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)相連，用于在接收到所述控制指令后，發(fā)送相應(yīng)的控制信號至所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)；所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的鏡筒支撐模塊與所述光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的鏡筒之間設(shè)有直線導(dǎo)槽，所述壓電陶瓷驅(qū)動模塊通過剛性推桿連接到所述鏡筒，所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)根據(jù)接收到的控制信號調(diào)節(jié)所述鏡筒位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種自適應(yīng)調(diào)焦方法，采用本發(fā)明所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，包括如下步驟:(I)探測器通過光學(xué)主體機(jī)構(gòu)獲取圖像信息并傳送至圖像處理器；(2)圖像處理器對所述圖像信息進(jìn)行圖像處理生成離焦判據(jù)信息并傳送相應(yīng)控制指令至控制器；(3)控制器根據(jù)所述控制指令產(chǎn)生相應(yīng)控制信號并發(fā)送至自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)中；(4)自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)根據(jù)接收到的控制信號調(diào)節(jié)光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的鏡筒的位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與精密機(jī)械智能控制技術(shù)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)星載光學(xué)系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)焦，具有智能性強(qiáng)、調(diào)焦精度高、范圍大，調(diào)焦機(jī)構(gòu)自重小、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)可應(yīng)用于微小衛(wèi)星，能夠?qū)崿F(xiàn)星上根據(jù)圖像反饋信息自適應(yīng)控制調(diào)焦；調(diào)焦精度高，最小調(diào)節(jié)精度為:lnm;焦平面移動范圍大，最大調(diào)節(jié)范圍為:0.6mm;調(diào)焦機(jī)構(gòu)采用壓電陶瓷驅(qū)動，重量輕、體積?。荒軌虼偈刮⑿⌒l(wèi)星在光學(xué)系統(tǒng)離焦后進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)焦，獲得理想的衛(wèi)星圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1，本發(fā)明所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)的立體示意圖；
圖2，本發(fā)明所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3，本發(fā)明所述的自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4，本發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動模塊的滑動連桿組件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5，本發(fā)明所述的采用自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)焦方法的流程圖；
圖6，本發(fā)明所述自適應(yīng)調(diào)焦方法實(shí)施例的流程圖；
圖7，本發(fā)明所述自適應(yīng)調(diào)焦方法中自適應(yīng)調(diào)焦過程的流程圖。
[0011]【主要組件符號說明】
1、光學(xué)主體機(jī)構(gòu)；11、鏡筒；12、光學(xué)鏡片組件；
2、電控箱；21、探測器；22、圖像處理器；23、控制器；
3、自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)；31、壓電陶瓷驅(qū)動模塊；32、鎖緊模塊；
33、鏡筒支撐模塊；331、法蘭支架；332、鏡筒支架；
311、壓電陶瓷驅(qū)動器；312、滑動連桿組件；313、末端操縱器； 410、第一水平導(dǎo)桿；420、豎直導(dǎo)桿；430、鉸鏈；440、第二水平導(dǎo)桿；
411，412，413，441，442，443、水平滑塊；
421，422，423，424、豎直滑塊。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)及調(diào)焦方法的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0013]參考圖1-2，其中，圖1所示為本發(fā)明所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)的立體示意圖，圖2所示為本發(fā)明所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)主體機(jī)構(gòu)1、電控箱2以及自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)3。隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展和壓電陶瓷驅(qū)動技術(shù)的成熟，視覺伺服控制技術(shù)和壓電陶瓷高精機(jī)械設(shè)計(jì)也日趨成熟。因此，將精密機(jī)械智能控制技術(shù)應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用圖像反饋、傳感器、壓電陶瓷及相應(yīng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，進(jìn)行力位控制，將光學(xué)系統(tǒng)的焦平面調(diào)節(jié)到目標(biāo)位置，就可以方便進(jìn)行高清晰成像。
[0014]所述光學(xué)主體機(jī)構(gòu)I由鏡筒11和光學(xué)鏡片組件12構(gòu)成,用于獲取目標(biāo)的光學(xué)圖像信息。其中，所述光學(xué)鏡片組件12安裝在所述鏡筒11內(nèi)部。所述鏡筒11為采用金屬材料制成的圓柱筒形，圓柱筒外部光滑，內(nèi)部根據(jù)成像要求安裝光學(xué)鏡片組件12。所述金屬材料優(yōu)選為鋁合金、鎂鋁合金、鈦合金等高剛度的金屬材料。
[0015]所述電控箱2包括依次相連的探測器21、圖像處理器22以及控制器23，用于實(shí)現(xiàn)調(diào)焦控制。
[0016]所述探測器21安裝在所述電控箱2與所述光學(xué)主體機(jī)構(gòu)I的接口處，用于通過所述光學(xué)鏡片組件12獲取目標(biāo)的光學(xué)圖像信息，并生成數(shù)字圖像信息發(fā)送給所述圖像處理器22。優(yōu)選地，所述探測器21采用C⑶芯片實(shí)現(xiàn)。
[0017]所述圖像處理器22用于根據(jù)所述數(shù)字圖像信息生成離焦判據(jù)信息，并發(fā)送相應(yīng)控制指令到所述控制器23。優(yōu)選地，所述圖像處理器22采用FPGA芯片實(shí)現(xiàn)，預(yù)先嵌入了離焦判據(jù)算法，能夠根據(jù)探測器21生成的數(shù)字圖像信息生成離焦判據(jù)信息，根據(jù)離焦判據(jù)信息產(chǎn)生運(yùn)動或停止的控制指令并發(fā)送到控制器23。
[0018]所述控制器23與所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)3連接，用于在接收到所述控制指令后，發(fā)送相應(yīng)的控制信號至所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)3。優(yōu)選地，所述控制器23采用ARM處理器，在接收到圖像處理器22的控制指令后，能夠發(fā)送控制信號給自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)3的鎖緊模塊32和壓電陶瓷驅(qū)動模塊31。所述控制信號攜帶運(yùn)動指令或停止指令；在運(yùn)動指令下，控制器23控制鎖緊模塊32解鎖，并且控制壓電陶瓷驅(qū)動模塊31進(jìn)行前進(jìn)或后退運(yùn)動；在停止指令下，控制器23控制鎖緊模塊32鎖定保持光學(xué)主體機(jī)構(gòu)I的穩(wěn)定性，并且控制壓電陶瓷驅(qū)動模塊31停止運(yùn)動。
[0019]所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)3包括鏡筒支撐模塊33、鎖緊模塊32以及壓電陶瓷驅(qū)動模塊31，所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)3用于根據(jù)接收到的控制信號調(diào)節(jié)所述鏡筒11位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。以下結(jié)合附圖3所示本發(fā)明所述的自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，對所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)3做詳細(xì)介紹。
[0020]所述鏡筒支撐模塊33與所述光學(xué)主體機(jī)構(gòu)I的鏡筒11之間設(shè)有直線導(dǎo)槽，用于約束所述鏡筒沿光軸方向移動。所述鏡筒支撐模塊33包括法蘭支架331和鏡筒支架332。電控箱2與法蘭支架331通過螺釘連接。
[0021]所述鎖緊模塊32采用撓性結(jié)構(gòu)，用于對所述鏡筒11進(jìn)行解鎖和鎖定操作。在控制器23的控制下，當(dāng)不需要調(diào)焦時，通過撓性鎖緊結(jié)構(gòu)將鏡筒11鎖緊；當(dāng)需要調(diào)焦時，鎖緊模塊32解鎖，鏡筒11可以在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)移動。
[0022]所述壓電陶瓷驅(qū)動模塊31通過剛性推桿連接到所述鏡筒11，用于調(diào)節(jié)所述鏡筒11位置。所述壓電陶瓷驅(qū)動模塊31包括壓電陶瓷驅(qū)動器311、滑動連桿組件312以及末端操縱器313。所述壓電陶瓷驅(qū)動器311和滑動連桿組件312安裝在所述鏡筒支撐模塊33上，所述末端操縱器313通過剛性推桿連接到所述鏡筒11。所述壓電陶瓷驅(qū)動器311與控制器23連接，通過接收控制器23的控制信號來調(diào)節(jié)所述滑動連桿組件312的運(yùn)動狀態(tài)，從而帶動所述末端操縱器313滑動，使得鏡筒11和內(nèi)部的光學(xué)鏡片組件12移動，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述鏡筒11位置，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。
[0023]參見圖4，本發(fā)明所述滑動連桿組件結(jié)構(gòu)示意圖，所述滑動連桿組件312包括安裝有至少一水平滑塊的第一水平導(dǎo)桿410、至少兩組分別安裝有一豎直滑塊的豎直導(dǎo)桿420以及設(shè)置在每一相鄰兩組豎直導(dǎo)桿420之間的鉸鏈430，每一水平滑塊與一豎直導(dǎo)桿固定連接并與相應(yīng)鉸鏈的一端相連。所述滑動連桿組件312 —端通過一豎直滑塊與所述壓電陶瓷驅(qū)動器311相接觸，另一端通過端部水平滑塊與所述末端操縱器313相接觸，通過所述壓電陶瓷驅(qū)動器311驅(qū)動與其相接觸的豎直滑塊運(yùn)動，通過鉸鏈430帶動相應(yīng)水平滑塊移動，從而帶動所述末端操縱器313通過剛性連桿推動鏡筒11運(yùn)動實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。所述滑動連桿組件312通過鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)放大調(diào)焦量程功能，可根據(jù)具體的任務(wù)進(jìn)行增加或減少鉸接結(jié)構(gòu)組數(shù)來改變調(diào)焦量程放大倍數(shù)。
[0024]所述滑動連桿組件312進(jìn)一步包括與所述第一水平導(dǎo)桿410安裝有相同數(shù)量水平滑塊的第二水平導(dǎo)桿440，所述第二水平導(dǎo)桿440上的每一水平滑塊通過一豎直導(dǎo)桿與所述第一水平導(dǎo)桿410上的相應(yīng)水平滑塊固定連接，所有水平滑塊運(yùn)動方向一致。第二水平導(dǎo)桿440及其上水平滑塊的安裝增強(qiáng)了所述滑動連桿組件312的剛性。
[0025]參見圖4，所述滑動連桿組件312采用3組鉸接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)量程被放大3倍。水平滑塊411、412、413和441、442、443分別安裝在兩水平導(dǎo)桿410、440上，豎直滑塊421、422、423、424分別安裝在等間距的四根豎直導(dǎo)桿420上。當(dāng)滑塊421在壓電陶瓷驅(qū)動器311作用力的作用下向上運(yùn)動時，將驅(qū)動水平滑塊411向右移動；又由于鉸鏈430的作用將拉動豎直滑塊422也向上運(yùn)動；豎直滑塊422又驅(qū)動水平滑塊412向右移動，同時通過鉸鏈430驅(qū)動豎直滑塊423也向上滑動；同理可知豎直滑塊424運(yùn)動方向向上，水平滑塊413運(yùn)動方向向右；水平滑塊441、442、443分別通過豎直導(dǎo)桿與水平滑塊411、412、413固聯(lián)，運(yùn)動方向與水平滑塊411、412、413 —致；通過端部水平滑塊413和443使末端操縱器313運(yùn)動，通過剛性連桿推動鏡筒11運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。水平滑塊441、442、443的安裝增強(qiáng)了滑動連桿組件312的剛性。
[0026]本發(fā)明提供的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)可應(yīng)用于微小衛(wèi)星，能夠促使微小衛(wèi)星在光學(xué)系統(tǒng)離焦后進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)焦，獲得理想的衛(wèi)星圖像。這種光學(xué)系統(tǒng)滿足如下要求:(1)能夠?qū)崿F(xiàn)星上根據(jù)圖像反饋信息自適應(yīng)控制調(diào)焦；(2)調(diào)焦精度高，最小調(diào)節(jié)精度為:lnm;
(3)焦平面移動范圍大，最大調(diào)節(jié)范圍為:0.6mm; (4)調(diào)焦機(jī)構(gòu)采用壓電陶瓷驅(qū)動，重量輕、體積小。本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與精密機(jī)械智能控制技術(shù)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)星載光學(xué)系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)焦，具有智能性強(qiáng)、調(diào)焦精度高、范圍大，調(diào)焦機(jī)構(gòu)自重小、體積小等優(yōu)點(diǎn)，這對提高光學(xué)衛(wèi)星成像效果非常有意義。
[0027]參考圖5，本發(fā)明所述的采用自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)焦方法的流程圖。
[0028]S510:探測器通過光學(xué)主體機(jī)構(gòu)獲取圖像信息并傳送至圖像處理器。當(dāng)衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)焦平面發(fā)生變化需要調(diào)節(jié)時，由光學(xué)主體機(jī)構(gòu)獲取目標(biāo)的光學(xué)圖像信息，電控箱中的探測器根據(jù)該光學(xué)圖像信息生成數(shù)字圖像信息，并傳送至圖像處理器。
[0029]S520:圖像處理器對所述圖像信息進(jìn)行圖像處理生成離焦判據(jù)信息并傳送相應(yīng)控制指令至控制器。圖像處理器中預(yù)先嵌入了離焦判據(jù)算法，能夠根據(jù)探測器生成的數(shù)字圖像信息生成離焦判據(jù)信息，根據(jù)離焦判據(jù)信息，若衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)焦平面離焦則產(chǎn)生運(yùn)動控制指令，若未離焦或焦平面已經(jīng)調(diào)整到位則產(chǎn)生停止控制指令，相應(yīng)的控制指令被傳送到控制器中。
[0030]S530:控制器根據(jù)所述控制指令產(chǎn)生相應(yīng)控制信號并發(fā)送至自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)中。所述控制信號攜帶運(yùn)動指令或停止指令。
[0031]S540:自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)根據(jù)接收到的控制信號調(diào)節(jié)光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的鏡筒的位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。
[0032]在運(yùn)動指令下，控制器控制鎖緊模塊解鎖，并且控制壓電陶瓷驅(qū)動模塊進(jìn)行前進(jìn)或后退運(yùn)動，壓電陶瓷驅(qū)動模塊通過其滑動連桿組件使鏡筒移動，焦平面變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。在停止指令下，控制器控制鎖緊模塊鎖定保持光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且控制壓電陶瓷驅(qū)動模塊停止運(yùn)動。
[0033]以下結(jié)合圖1-4，以及圖6-7給出本發(fā)明提供的采用自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)焦的實(shí)施例。
[0034]不調(diào)焦時，控制器23斷電，鎖緊模塊32將鏡筒11鎖緊固定，壓電陶瓷驅(qū)動模塊31斷電，自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)3保持穩(wěn)定不動。
[0035]如圖6所示，需要調(diào)焦時，首先由光學(xué)主體機(jī)構(gòu)I的光學(xué)鏡片組件12采集光學(xué)圖像信息，實(shí)現(xiàn)光學(xué)主體成像(步驟S61)，并映射到探測器21芯片上；探測器21采集該光學(xué)圖像信息并生成數(shù)字圖像信息(步驟S62);圖像處理器22根據(jù)探測器21生成的數(shù)字圖像信息進(jìn)行預(yù)處理(步驟S63)，并對預(yù)處理后的圖像信息判斷是否滿足離焦判據(jù)計(jì)算的初始化要求(步驟S64)，若滿足，則進(jìn)行離焦判據(jù)(步驟S65)，否則返回執(zhí)行步驟S62 ;根據(jù)步驟S65的離焦判據(jù)判斷焦平面是否離焦(步驟S66)，若離焦，則進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)焦過程(步驟S67)，若未離焦或達(dá)到調(diào)焦目標(biāo)后結(jié)束調(diào)焦，則控制器23控制鎖緊模塊32將鏡筒11鎖緊固定，衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)(步驟S68)。
[0036]自適應(yīng)調(diào)焦軟件分別被嵌入到探測器21、圖像處理器22以及控制器23中，并通過
三者協(xié)同作用完成調(diào)焦控制。步驟S67自適應(yīng)調(diào)焦過程進(jìn)一步如圖7所示。
[0037]參考圖7，控制器23上電，并完成控制系統(tǒng)初始化(步驟S71-S72);根據(jù)運(yùn)動指令首先對鎖緊模塊32發(fā)送解鎖指令控制鎖緊模塊32解鎖(步驟S73)，鎖緊模塊32中的壓力傳感器反饋鎖緊模塊32與鏡筒11的接觸力，當(dāng)此接觸力小于設(shè)置閾值時完成解鎖(步驟S74);控制器23對壓電陶瓷驅(qū)動模塊31發(fā)送運(yùn)動指令，壓電陶瓷驅(qū)動模塊31上電，壓電陶瓷驅(qū)動器311在電壓作用下發(fā)生形變驅(qū)動滑動連桿組件312運(yùn)動，從而推動末端操縱器313運(yùn)動(步驟S75-S77);末端操縱器313通過剛性連桿推動鏡筒1_1運(yùn)動，使焦平面變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)焦(步驟S78-S79)。
[0038]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括鏡筒支撐模塊、鎖緊模塊以及壓電陶瓷驅(qū)動模塊； 所述鏡筒支撐模塊與一光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的鏡筒之間設(shè)有直線導(dǎo)槽，用于約束所述鏡筒沿光軸方向移動； 所述鎖緊模塊采用撓性結(jié)構(gòu)，用于對所述鏡筒進(jìn)行解鎖和鎖定操作； 所述壓電陶瓷驅(qū)動模塊包括壓電陶瓷驅(qū)動器、滑動連桿組件以及末端操縱器，所述壓電陶瓷驅(qū)動器和滑動連桿組件安裝在所述鏡筒支撐模塊上，所述末端操縱器通過剛性推桿連接到所述鏡筒，所述壓電陶瓷驅(qū)動器通過接收外部控制信號來調(diào)節(jié)所述滑動連桿組件的運(yùn)動狀態(tài)，從而帶動所述末端操縱器滑動，調(diào)節(jié)所述鏡筒位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述鏡筒支撐模塊包括法蘭支架和鏡筒支架，所述法蘭支架與外部的電控箱通過螺釘連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述滑動連桿組件包括安裝有至少一水平滑塊的第一水平導(dǎo)桿、至少兩組分別安裝有一豎直滑塊的豎直導(dǎo)桿以及設(shè)置在每一相鄰兩組豎直導(dǎo)桿之間的鉸鏈，每一水平滑塊與一豎直導(dǎo)桿固定連接并與相應(yīng)鉸鏈的一端相連；所述滑動連桿組件一端通過一豎直滑塊與所述壓電陶瓷驅(qū)動器相接觸，另一端通過端部水平滑塊與所述末端操縱器相接觸，通過所述壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動與其相接觸的豎直滑塊運(yùn)動，通過鉸鏈帶動相應(yīng)水平滑塊移動，從而帶動所述末端操縱器通過剛性連桿推動鏡筒運(yùn)動實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述滑動連桿組件進(jìn)一步包括與所述第一水平導(dǎo)桿安裝有相同數(shù)量水平滑塊的第二水平導(dǎo)桿，所述第二水平導(dǎo)桿上的每一水平滑塊通過一豎直導(dǎo)桿與所述第一水平導(dǎo)桿上的相應(yīng)水平滑塊固定連接，所有水平滑塊運(yùn)動方向一致。
5.一種自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括光學(xué)主體機(jī)構(gòu)、電控箱以及如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)； 所述光學(xué)主體機(jī)構(gòu)由鏡筒和光學(xué)鏡片組件構(gòu)成，用于獲取目標(biāo)的光學(xué)圖像信息，其中所述光學(xué)鏡片組件安裝在所述鏡筒內(nèi)部； 所述電控箱包括依次相連的探測器、圖像處理器以及控制器，用于實(shí)現(xiàn)調(diào)焦控制，其中，所述探測器安裝在所述電控箱與所述光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的接口處，用于通過所述光學(xué)鏡片組件獲取目標(biāo)的光學(xué)圖像信息，并生成數(shù)字圖像信息發(fā)送給所述圖像處理器； 所述圖像處理器用于根據(jù)所述數(shù)字圖像信息生成離焦判據(jù)信息，并發(fā)送相應(yīng)控制指令到所述控制器； 所述控制器與所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)相連，用于在接收到所述控制指令后，發(fā)送相應(yīng)的控制信號至所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)； 所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的鏡筒支撐模塊與所述光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的鏡筒之間設(shè)有直線導(dǎo)槽，所述壓電陶瓷驅(qū)動 模塊通過剛性推桿連接到所述鏡筒，所述自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)根據(jù)接收到的控制信號調(diào)節(jié)所述鏡筒位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述鏡筒為采用金屬材料制成的圓柱筒形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器采用CCD芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理器采用FPGA芯片并預(yù)先嵌入離焦判據(jù)算法。
9.一種自適應(yīng)調(diào)焦方法，采用權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟: (1)探測器通過光學(xué)主體機(jī)構(gòu)獲取圖像信息并傳送至圖像處理器； (2)圖像處理器對所述圖像信息進(jìn)行圖像處理生成離焦判據(jù)信息并傳送相應(yīng)控制指令至控制器； (3)控制器根據(jù)所述控制指令產(chǎn)生相應(yīng)控制信號并發(fā)送至自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)中； (4)自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)根據(jù)接收到的控制信號調(diào)節(jié)光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的鏡筒的位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自適應(yīng)調(diào)焦方法，其特征在于，所述控制信號攜帶運(yùn)動指令或停止指令，步驟(4)進(jìn)一步包括:在運(yùn)動指令下，自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的鎖緊模塊解鎖，壓電陶瓷驅(qū)動模塊進(jìn)行前進(jìn)或后退運(yùn)動；在停止指令下，自適應(yīng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的鎖緊模塊鎖定，并且壓電陶瓷驅(qū)動模塊停止運(yùn)動， 從而調(diào)節(jié)光學(xué)主體機(jī)構(gòu)的鏡筒的位置實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)焦。
【文檔編號】H04N5/232GK103744162SQ201310691518
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】郭崇濱, 尹增山, 李平付, 董磊, 陳宏宇, 張科科 申請人:上海微小衛(wèi)星工程中心