一种基于位置记忆的红外成像快速自动聚焦装置的制作方法

本实用新型涉及一种红外成像快速自动聚焦装置，尤其涉及一种基于位置记忆的红外成像快速自动聚焦装置。

背景技术：

在红外成像中，现在普遍使用的是基于纯图像锐度计算进行自动聚焦的技术，由于其始终不能精确确定清晰成像聚焦区域的位置，所以其存在严重缺陷，现有技术的红外成像聚焦主要有以下问题：1、自动聚焦时间过长，由于无法获知清晰成像聚焦点的准确位置，只能采用来回扫描逐步逼近，一般要3次以上才能完成聚焦，且不能保证每次都能找到清晰点，不可避免“拉风箱”问题。2、无法全温度段工作，电机的驱动力随着温度变化很大，低温时转动降低，高温时转速升高。镜头的机构件由于润滑脂性能高低温差异也很大，以上就导致温度变化时，来回扫描方式会无法保证能找寻到聚焦位，自动聚焦无法覆盖全温度段。3、功耗偏大，调焦电机的功耗比较大，特别是来回扫描动引起电机急停和卡顿，对电池冲击很大，表现为当电池电量较低时，自动聚焦直接导致整机掉电关机。4、成功率低，使用环境受限。基于纯图像的自动聚焦采用的是多次扫描逼近的方法，所以就要求在此过程中，图像不能有变化，否则就无法找到清晰点，这导致在如运动车辆、船上等晃动环境下使用是，成功率低。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：构建一种基于位置记忆的红外成像快速自动聚焦装置，克服现有技术红外成像过程中，自动聚焦时间过长，无法全温度段工作，功耗偏大，成功率低的技术问题。

本实用新型的技术方案是：提供一种基于位置记忆的红外成像快速自动聚焦装置，包括驱动电机、主镜筒、调焦环、调焦镜片组、电位计，所述驱动电机连接所述调焦环，所述调焦环转动时带动调焦镜片组移动实现调焦动作，所述电位计连接所述调焦环，所述主镜筒连接所述调焦镜片组，所述驱动电机驱动所述调焦环转动，所述调焦环驱动调焦镜片组移动的同时带动所述电位计输出电阻相关信号。

本实用新型的进一步技术方案是：所述电位计与所述调焦环随动连接。

本实用新型的进一步技术方案是：所述驱动电机与所述调焦环啮合连接。

本实用新型的进一步技术方案是：所述电位计与所述调焦环啮合连接。

本实用新型的进一步技术方案是：所述驱动电机为直流减速电机。

本实用新型的进一步技术方案是：还包括电流检测模块，所述电位计连接所述电流检测模块。

本实用新型的进一步技术方案是：还包括电压检测模块，所述电位计连接所述电压检测模块。

本实用新型的进一步技术方案是：将所述驱动电机的转动方向与所述电位计的移动方向关联。

本实用新型的技术效果是：构建一种基于位置记忆的红外成像快速自动聚焦装置，包括驱动电机、主镜筒、调焦环、调焦镜片组、电位计，所述驱动电机连接所述调焦环，所述调焦环转动时带动调焦镜片组移动实现调焦动作，所述电位计连接所述调焦环，所述主镜筒连接所述调焦镜片组，所述驱动电机驱动所述调焦环转动，所述调焦环驱动调焦镜片组移动的同时带动所述电位计输出电阻相关信号。本实用新型一种基于位置记忆的红外成像快速自动聚焦装置，通过电位计绝对位置定位功能，聚焦速度快，由于能精确定位聚焦点位置，所以自动搜索模式聚焦动作只要来回一次扫描就能完成，特别是加入手动设定记忆功能，聚焦动作一次到位。本实用新型技术方案，首先避免了“拉风箱”式来回扫描，电机动作时间短，其次避免了电机的急停和卡顿对电池冲击小。可靠性高，由于可以准确的知道调焦环的位置，可以有效防止调焦环过冲或卡死。

附图说明

图1为本实用新型的实施原理图。

图2为本实用新型的实施结构图。

图3为本发明通过电流变化进行电路检测的电位计实施结构图。

图4为本发明可控分压电路检测的电位计实施结构图。

图5为本发明分压电路检测的电位计实施结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1、图2所示，本实用新型构建一种基于位置记忆的红外成像快速自动 聚焦装置，包括驱动电机1、主镜筒2、调焦环3、调焦镜片组4、电位计5，所述驱动电机1连接所述调焦环3，所述调焦环3转动时带动调焦镜片组4移动实现调焦动作，所述电位计4连接所述调焦环3，所述主镜筒2连接所述调焦镜片组4，所述驱动电机1连接所述调焦环3，所述驱动电机1驱动所述调焦环3转动，所述电位计5连接所述调焦环3，所述主镜筒2连接所述调焦镜片组4，所述调焦环3驱动调焦镜片组4移动的同时带动所述电位计5输出电阻相关信号，所述调焦环3转动时带动调焦镜片组4移动实现调焦动作，在所述调焦环转动时，通过电位计5的实时电阻值特征确定所述调焦镜片组4的位置，将所述调焦镜片组4的位置移动到清晰成像位置区域实现精确聚焦。所述电位计4随着所述调焦环3转动进行移动并输出电阻相关信号的变化。

本实用新型一种基于位置记忆的红外成像快速自动聚焦装置工作过程如下：

设置预定位置：调焦镜片组4扫描获取清晰成像区域或通过预设位置确定调焦镜片组4清晰成像位置区域及获取相应的电位计5输出的信号。

要准确快速的实现自动聚焦操作必须解决两个问题：确定清晰聚焦点的位置和快速到达目标位。关于清晰点聚焦的一些说明：绝对的清晰点只是理论计算的结果，实际使用时很难保证；在理论的绝对清晰点附近的一个范围内成像效果能满足观察识别要求，可以认为是清晰的，所以清晰位置是一个范围值。关于电机控制，直流减速电机具有驱动平顺，驱动力矩范围宽，温度适应范围广的特点，但是不方便精确控制；为实现对直流电机的运动精度控制，将电机的直流控制信号进行占空(PWM)设置，使之脉冲化；直流电机不具备刹车功能，必须通过逼近算法消除运动冲量。

红外热成像镜头调焦过程本质就是调整物镜和调焦镜片组之间的距离，实 现对远近不同物体清晰成像，整体结构如图2所示，调焦镜片组4固定安装于调焦镜片座上，调焦镜片座可以在主镜筒内侧上下滑动，调焦环3绕主镜筒转动，导销穿过调焦环凸轮槽和主镜筒上的导销直线滑槽，固定到调焦镜片座上，调焦环3转动时压迫导销在导销直线滑槽内上下滑动，导销与调焦镜片座固定，实现调教操作。在镜头结构使用齿轮驱动，电机驱动齿轮和调焦环齿轮啮合，通过电机转动带动调焦轮转动实现调焦，调焦轮齿轮和电位计随动齿轮啮合，驱动电位计输出电阻变化信号，实现调焦的定位功能。电阻值无法进行直接测量，须将之转化成电压或者电流信号通过专用的测试及模/数转换电路进行简介测量，本实用新型专利公开以下三种硬件配置方案。

如图3所示，稳压恒定电源电压U，电位计电阻R，匹配用高精度电阻R₀，则输入电流检测芯片的电流值I为：其工作原理就是将电位计的电阻信号转化为可供测量的电流信号，用电流测量芯片转化了处理器可识别的数字信号。通过调整高精度电阻R₀的值，就可以控制检测电流I，高精度电阻R₀对测试电路起保护作用。

以上计算公式表示：电位计的电阻值R和检测电流I是一一对应的关系，通过检测电流I，就可以获得调焦镜片组4的实时位置。

如图4所示，稳压恒定电源电压U，电位计电阻R，保护用高精度电阻R₀，则输入的电压值V为：其工作原理就是将电位计的电阻信号转化为可供测量的电压信号，用电压测量芯片转化为处理器可识别的数字信号。高精度电阻R₀，起保护作用，通过调节R₀阻值的大小可以调整输入电压检测芯片的电压范围。

以上计算公式表示：电位计5的电阻值R和检测电压V是一一对应的关系，通过检测电压V，就可以获得调焦镜片组4的实时位置。

如图5所示，稳压恒定电源电压U，测试脚电位计电阻R，电位计总电阻R_Z，则输入的电压值V为：

其工作原理就是将电位计的电阻信号转化为可供测量的电压信号，用电压测量芯片转化为处理器可识别的数字信号。与图4所述硬件架构相比取消了保护用高精度电阻R₀，硬件架构更加简单。

以上计算公式表示：电位计的电阻值R和检测电压V是一一对应的关系，通过检测电压V，就可以获得调焦镜片组的实时位置。

本专利采用了电位计5绝对位置记忆+图像锐度识别算法，所以能提供自动判别和手动设定两种模式确定清晰点位置。

自动判别清晰成像位置区域方法如下：设初始位置的电压或者电流值为：R，电位计清晰成像位置所处位置为：R₀。

由R与电位计的电阻值一一对应，即调焦镜片组4的每一个位置信息都有对应的R。

自动判别清晰点流程：

设置扫描范围(R_min，R_max)，在此范围内热成像的镜头能对近处至无穷远的目标清晰成像。读取调焦镜片组4的位置特征值R，对比R-R_min和R_max-R两个值，判断镜片组离哪端近。全速将调焦镜片组4移动到最近端R＝R_min或R＝R_max对应的调焦镜片组的位置。控制驱动电机1驱动调焦镜片组从一端往另一端移动，以一定频率分析成像图片的灰度值，并同时记录此灰度值时的位置特征值R。分析完(R_min，R_max)范围后，根据灰度值的变化规律可以判断图像的成像情况，得到锐度值最优的即为成像清晰点位置，此位置的特征值R即为清晰点电位计5所处 位置对应的电阻值为：R₀。

手动设定清晰点：

手动调焦，人眼观察成像，当调焦至图像清晰位置时，按下记忆键，系统自动记录此处的位置电位计5对应的电阻值R₀。

调焦：所述驱动电机1驱动所述调焦环3转动，所述调焦环3驱动调焦镜片组4移动的同时带动所述电位计5输出电阻相关信号，在所述调焦环3转动时，通过电位计5的实时电阻值特征确定所述调焦镜片组4的位置，将所述调焦镜片组4的位置移动到清晰成像位置区域实现精确聚焦。

具体实施过程如下：所述驱动电机1连接所述调焦环3，所述驱动电机1驱动所述调焦环3转动，所述电位计5连接所述调焦环3，所述主镜筒2连接所述调焦镜片组4，所述调焦环3驱动调焦镜片组4移动的同时带动所述电位计5输出电阻相关信号，所述调焦环3转动时带动调焦镜片组4移动实现调焦动作，在所述调焦环转动时，通过电位计5的实时电阻值特征确定所述调焦镜片组4的位置，将所述调焦镜片组4的位置移动到清晰成像位置区域实现精确聚焦。具体实施例中，通过电位计5的实时电阻值确定所述调焦镜片组的位置，在所述调焦镜片组4的位置进入预定位置区域时，所述驱动电机1驱动速度降低，使所述调焦镜片组4的位置慢慢进入清晰成像位置区域，然后进入清晰成像位置，这样可以获得清晰图像。具体实施例中，为方便进行驱动控制，所述驱动电机1为直流电机，通过直流电机可以更加精确地控制调焦速度。

如图2所示，具体实施例中，所述驱动电机1与所述调焦镜片组4啮合连接，所述电位计5与所述调焦镜片组4啮合连接。所述调焦镜片组的啮合转动带动所述电位计输出电阻信号的变化。

如图1所示，本实用新型的优选实施方式是：由于通过电路将电位计的阻 值变化转换成对应的电压或者电流，设精确成像位置的电压或者电流值为：R₀，设调焦所处位置为：R。为防止进入死循环，设当R∈[R₀*(1-μ),R₀*(1+μ)]时可认为已到达预置调焦点，μ为精度系数，设定一个具体值，以防止进入死循环。由于运动物体都有冲量，且运动速度越快冲量越大，所以存在聚焦速度与聚焦精度的矛盾，为解决此问题，将调焦镜片向清晰点逼近的行程划分成全速运动区域和精确控制区域。本实用新型在驱动所述调焦镜片组4移动时，进入清晰成像区域前，所述调焦镜片组4以正常速度移动，进入清晰成像区域后，所述调焦镜片组4降低速度，慢慢逼近清晰成像位置。

所述驱动电机1运动方向可由驱动脚的电压差进行配置，即可有红外热成像的处理芯片通过端口输出(1，0)和(0，1)信号控制电机的正转和反转。具体实施例中，可以规定正转方向为电位计特征信号R增大方向，反之为反转方向。

本实用新型的技术效果是：构建一种基于位置记忆的红外成像快速自动聚焦装置，包括驱动电机1、主镜筒2、调焦环3、调焦镜片组4、电位计5，所述驱动电机1连接所述调焦环3，所述调焦环3转动时带动调焦镜片组4移动实现调焦动作，所述电位计4连接所述调焦环3，所述主镜筒2连接所述调焦镜片组4，所述调焦镜片组4的清晰成像位置区域通过所述调焦镜片组4扫描获取或预设位置确定，所述驱动电机1驱动所述调焦环转动，所述调焦环3驱动调焦镜片组4移动的同时带动所述电位计5输出电阻相关信号，在所述调焦环转动时，通过电位计的实时电阻值特征确定所述调焦镜片组的位置，将所述调焦镜片组的位置移动到清晰成像位置区域实现精确聚焦。本实用新型一种基于位置记忆的红外成像快速自动聚焦装置，在基于图像锐度的自动算法基础上，加上电位计绝对位置定位功能和逼近算法，弥补了其不足。聚焦速度快，由于能精确定 位聚焦点位置，所以自动搜索模式聚焦动作只要来回一次扫描就能完成，特别是加入手动设定记忆功能，聚焦动作一次到位。温度适应范围宽，通过电位计精确定位，在算法上加入了温度补偿公式，所以聚焦动作能不受温度及电机性能变化影响，适应各个温度段。省电，首先避免了“拉风箱”式来回扫描，电机动作时间短，其次通过逼近算法的使用，避免了电机的急停和卡顿对电池冲击小。可靠性高，由于可以准确的知道调焦环的位置，可以有效防止调焦环过冲或卡死。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。