专利名称：具有自动调整二值化浮动阈值的光电瞄准系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光电子技术应用领域，涉及到利用CCD电荷耦合器件其视频信号输出特征，调整CCD电荷耦合器件二值化输出浮动阈值的系统结构。
背景技术：
目前，CCD电荷耦合器件作为光电传感器在许多领域里得到广泛应用，在图像遥感和非接触测量等领域里有着不可替代的作用，被检测对象的光学信息通过光学成像系统成像于CCD电荷耦合器件的光敏面上，CCD电荷耦合器件的光敏元将其上的光强转换成电荷量，CCD电荷耦合器件在一定时钟脉冲的驱动下，在CCD电荷耦合器件的输出端可以获得被测对象的视频信号，信号输出的时序对应着CCD电荷耦合器件光敏元，实际是被测对象的空间位置，从而用CCD电荷耦合器件的自身扫瞄方式完成了从空间域到时间域的信息转换。
浮动阈值法，是指电压比较器的输入端的阈值电平，随测量系统目标景物光照的变化而高低浮动，景物光照的光强变化时会引起CCD电荷耦合器件视频信号的高低变化，为避免这种变化引起的测量误差，一般可以将景物光照的起伏波动通过光电转换器，转换成电信号反馈到二值化阈值端上，使阈值电平跟随景物光强的变化而浮动，以保证被测量信号的宽度变化较小，进而提高系统的测量精度。
二值化的浮动阈值的产生如图1所示瞄准光学系统1、CCD电荷耦合器件2、放大处理器3、二值化比较器4、可编程时序发生器5、景物光光学系统6、采光器件7、采样保持8、阈值调整9、数据输出10。从图中可以看到，原有的二值化的浮动阈值是由景物光通过光学系统和电路产生的，这里不仅有造价昂贵的光学系统和繁琐的电路，而且调试时还要进行现场反复多次定标，繁琐的机械结构和复杂的电路，这对总体要求的便携式带来难以克服的体积大.重量重的困难；又因使用环境的多变性，使系统在现场调试过程中要克服诸多离散因素，造成系统在研制和调试过程中的不便。
本发明的详细内容针对原有浮动阈值法光学系统造价高、机械和电路繁琐复杂、功耗高、多次定标、体积大.重量重、调试不便的缺陷和不足，本发明的目的是要解决其结构和体积上的问题，提供一种结构简单、体积小、功耗低的具有自动调整二值化浮动阈值的光电瞄准系统，达到扩大景物光照适应范围，提高测量精度的目的。
本发明装置基本结构如图二所示瞄准光学系统、电荷藕合器件、视频放大处理器、二值化比较器、可编程时序发生器、积分箝位电路、数据输出电路；电荷藕合器件安装在瞄准光学系统的焦平面上，可编程时序发生器的脉冲信号输出端用电缆与电荷藕合器件的脉冲信号输入端相连，驱动电荷藕合器件工作；电荷藕合器件视频信号输出端与视频放大处理器的输入端相连，使电荷藕合器件输出的视频微弱信号由视频放大处理器放大输出视频放大信号；视频放大处理器的输出端分别与积分箝位电路输入端和二值化比较器的一个输入端相连，将视频放大信号被积分箝位电路变换成直流电平；箝位电路输出端与二值化比较器的另一个输入端相连，为二值化比较器提供比较直流电平；二值化比较器输出端与数据输出电路的输入端相连，在数据输出电路的输出端产生数字脉冲信号。
调试时目标反射的激光经瞄准光学系统后，成像于电荷藕合器件光敏元阵列上，在可编程时序发生器的驱动下，经视频放大处理器后，产生的近似正态高斯分布的视频信号，在积分箝位电路中，经积分变为一条直流电平，经箝位使其在暗条件下高于零电位。实际工作时、当激光器的光强和目标反射强弱变化时，电荷藕合器件的视频信号会随其高低波动，经积分箝位后会产生一条随视频信号高低变化的直流电平，将其连接到二值化比较器的输入一端，即得到瞄准系统随视频信号高低变化的直流电平为浮动阈值，使得二值化比较器的输出脉冲宽度不变，具有自动调整二值化浮动阈值的光电瞄准系统。
本发明的优点景物光照的光强起伏变化时，会引起电荷藕合器件的视频信号高低波动，而且电荷藕合器件的视频信号会随景物光光强的强弱而线性变化。利用电荷藕合器件的视频信号随光强线性变化的这种特征，将电荷藕合器件视频信号的这种随机变化过程，经过电路处理，使浮动阈值电平适时跟踪景物光强的强弱而高低变化，反馈到二值化比较器的输入一端上，以减少被测目标的宽度变化，提高瞄准系统的测量精度。改变了浮动阈值参考源的位置，省掉了景物光光学系统和采样保持电路等繁琐结构，使系统结构简单、体积缩小、功耗和成本降低，利用电荷藕合器件的视频信号实时输出二值化的浮动阈值，能很好得自动跟踪光强的变化而浮动阈值，当电荷藕合器件的视频信号随光强线性变化时，阈值电压跟随线性浮动。本发明阈值浮动的方法达到扩大景物光照适应范围，提高测量精度的目的。本设备共生产近百台，运转良好。
图1是背景技术浮动阈值法电路示意2是本发明结构示意3是本发明积分箝位电路结构示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于这些实施例。如图2所示包括瞄准光学系统2-1、电荷藕合器件2-2、视频放大处理器2-3、二值化比较器2-4、可编程时序发生器2-5、积分箝位电路2-6、数据输出2-7。
本发明的实施例是瞄准光学系统2-1是本所自行的研制Φ60mm口径的光学系统。电荷藕合器件2-2采用5000象元的TCD-1501C型CCD电荷藕合器件。放大处理器2-3采用一片CA3140型号的放大处理器。二值化比较器2-4为LM393型号的高速比较器。可编程时序发生器2-5为2000门的ispLSI/1016型号可编程器件。积分箝位电路2-6由电容C3，电阻R3和二极管D1及放大器U2组成，电容C3采用了瓷片电容，电阻R3采用金属膜贴片电阻，二极管D1为IN4144，放大器U2采用了CA3140，数据输出电路2-7采用MAX232AM型号的接口芯片。
积分箝位电路(2-6)由电容(C3)，电阻(R3)和二极管(D1)及放大器(U2)组成，电阻(R3)两端分别与放大器(U2)输出端和输入端相连形成负反馈；二极管(D1)的一端和电容(C3)的一端与放大器(U2)的输入端连接，视频信号经二极管(D1)和电容(C3)积分输入放大器(U2)；放大器(U2)输出为随视频变化的一条直流电平，实时跟踪外部光强的变化，实现浮动阈值。
目标反射的激光经瞄准光学系统2-1后，成像于CCD电荷藕合器件2-2TCD-1501C的光敏元阵列上，在可编程时序发生器2-5ispLSI/1016产生的时序驱动下，输出与目标对应的视频电信号，经由CA3140组成的视频放大处理器2-3放大后，产生的近似正态高斯分布的视频信号，在积分箝位电路2-6中，经电容C3积分变为一条直流电平，经二极管D2使其在暗条件下高于零电位0.6-0.7V。实际工作时、当激光器的光强和目标反射强弱变化时，电荷藕合器件CCD的视频信号会随其高低在0～8V波动，经积分箝位后会产生一条(高于零电位0.6-0.7V)随电荷藕合器件CCD视频信号高低变化的0.6-4V直流电平。将其连接到LM393构成的二值化比较器2-4的两端上，实现了瞄准系统的浮动阈值。
权利要求
1.具有自动调整二值化浮动阈值的光电瞄准系统，包括瞄准光学系统(2-1)、电荷藕合器件(2-2)、视频放大处理器(2-3)、二值化比较器(2-4)、可编程时序发生器(2-5)、数据输出电路(2-7)，电荷藕合器件(2-2)安装在瞄准光学系统(2-1)的焦平面上，可编程时序发生器(2-5)的脉冲信号输出端用电缆与电荷藕合器件(2-2)的脉冲信号输入端相连，驱动电荷藕合器件(2-2)工作；电荷藕合器件(2-2)视频信号输出端用电缆与视频放大处理器(2-3)的输入端相连，使电荷藕合器件(2-2)输出的视频微弱信号由视频放大处理器(2-3)放大输出视频放大信号；其特征在于还包括积分箝位电路(2-6)，视频放大处理器(2-3)的输出端分别与积分箝位电路(2-6)输入端和二值化比较器(2-4)的一个输入端相连，将视频放大信号被积分箝位电路(2-6)变换成直流电平，同时二值化比较器(2-4)输入端为放大的视频信号；箝位电路(2-6)输出端与二值化比较器(2-4)的另一个输入端相连，为二值化比较器(2-4)提供一个比较直流电平；二值化比较器(2-4)输出端与数据输出电路(2-7)的输入端相连，在数据输出电路(2-7)的输出端产生数字脉冲信号。
2.根据权利要求1所述具有自动调整二值化浮动阈值的光电瞄准系统，其特征在于积分箝位电路(2-6)由电容(C3)，电阻(R3)和二极管(D1)及放大器(U2)组成，电阻(R3)两端分别与放大器(U2)输出端和输入端相连形成负反馈；二极管(D1)的一端和电容(C3)的一端与放大器(U2)的输入端连接，视频信号经二极管(D1)和电容(C3)积分输入放大器(U2)，使放大器(U2)输出为随视频变化的直流电平，实时跟踪外部光强的变化，实现浮动阈值。
全文摘要
本发明涉及自动调整电荷耦合器件二值化输出的浮动阈值的结构。包括瞄准光学系统1、电荷藕合器件2、视频放大处理器3、二值化比较器4、可编程时序发生器5、积分箝位电路6、数据输出电路7。利用电荷藕合器件的视频信号随光强线性变化特征，经电路处理使浮动阈值电平适时跟踪景物光强的强弱而高低变化，反馈到二值化比较器的一端，减少被测目标的宽度变化，提高瞄准系统的测量精度。改变浮动阈值参考源的位置，省掉景物光光学系统和采样保持电路等繁琐结构，使系统结构简单、体积缩小、功耗和成本降低，利用视频信号实时输出二值化的浮动阈值，能自动跟踪光强变化而浮动阈值，当视频信号随光强线性变化时，阈值电压跟随线性浮动。
文档编号G01B11/00GK1727838SQ20041001128
公开日2006年2月1日 申请日期2004年11月30日 优先权日2004年11月30日
发明者李跃斌, 郭永飞 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所