针对车载红外热像镜头组光学系统的无热化温度补偿方法与流程

本发明涉及一种针对车载红外热像镜头组光学系统的无热化温度补偿方法。

背景技术：

1、现有的车载红外热像系统普遍采用恒温设计，由于需要使用加热或冷却设备来控制红外热像镜头组的温度，系统的复杂度、体积和成本较高，且难以适应环境温度的变化。此外，由于温控设备的体积和重量限制，这种设计难以实现高精度的温度控制，因此可能会损害系统的成像性能。

2、为了解决这些问题，目前提出了无热化设计红外光学系统的概念。这种设计利用特定材料和精密设计来减少环境温度对系统性能的影响，从而避免了恒温设计的缺陷。但是目前为了准确预测系统在不同环境下的成像性能，需要建立非常精密的热光学模型，这是一个技术挑战。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是为了提供一种针对车载红外热像镜头组光学系统的无热化温度补偿方法，通过构建温度补偿环境控制系统，建立温度补偿模型，以及进行系统测试与优化等步骤，实现了对环境温度变化的实时补偿，从而保持了红外热像光学系统的稳定性和图像质量。

2、本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

3、一种针对车载红外热像镜头组光学系统的无热化温度补偿方法，包括以下步骤：

4、步骤a：构建温度补偿环境控制系统，并将温度补偿环境控制系统与红外热像光学系统集成；

5、所述温度补偿环境控制系统包括温度传感器、执行器、控制模块和驱动模块；

6、所述温度传感器用于监测红外热像光学系统的所处环境温度，所监测和记录的数据传输至控制模块进行处理；

7、所述执行器用于调整镜头位置，以使得镜头适应环境温度的变化；

8、所述控制模块用于解析温度传感器的数据，并根据这些数据计算出需要发送给执行器的控制量；

9、所述驱动模块用于驱动执行器，在收到控制模块发出需要调整的指令后，所述驱动模块驱动执行器进行物理操作；

10、步骤b、建立温度补偿模型，该模型基于环境温度数据，通过计算预测执行器的控制量，以降低环境温度变化对红外热像光学系统性能的影响；

11、所述建立温度补偿模型具体为：

12、b1.1、收集包括环境温度和执行器的状态的数据；

13、b1.2、构建温度补偿模型，将找到环境温度和执行器状态之间的线性关系作为该模型的目标；

14、b1.21、温度补偿模型基于环境温度的加权求和进行预测，预测的目标是执行器的状态，该模型表示为：预测值＝权重*温度+偏置，其中“权重”和“偏置”是模型的参数；

15、b1.22、为权重w和偏置b设定初始值；

16、b1.23、定义损失函数，损失函数为预测值与真实值差值的平方；

17、b1.24、初始化模型参数，随机选择权重w和偏置b的初始值；

18、计算预测值，给定一个环境温度x，计算预测的执行器状态yhat，模型的预测值通过yhat＝wx+b计算得出；

19、计算损失，对于预测值yhat和真实的执行器状态y，计算损失l，使用损失函数，所以l＝(yhat-y)2；

20、找出改变参数最能缩小差距的方向，找出一个方向，让预测值yhat更接近真实的执行器状态y，这个方向通过计算w和b对应的″改变率″找出，″改变率″指当改变w或b时，损失l变化的程度，计算″改变率″的公式分别为：

21、对于w：2x(yhat-y)；

22、对于b：2*(yhat-y)；

23、根据方向调整参数：找出了正确的方向之后，按照这个方向调整w和b的值，以使预测值yhat更接近真实的执行器状态y，设置一个学习步长，并用以下方式来调整w和b的值：

24、新的w值＝旧的w值-学习步长*w的″改变率″；

25、新的b值＝旧的b值-学习步长*b的″改变率″；

26、重复上述步骤，不断调整w和b的值，使预测值yhat越来越接近真实的执行器状态y，直到对结果感到满意，或者重复了预设次数的调整；

27、b1.3、验证和调整模型

28、使用部分数据或者新收集的数据来验证模型的预测能力，如果模型的预测能力不达预期，返回步骤b1.24，调整模型参数，然后再次训练和验证模型；

29、b1.4：模型部署

30、当模型的预测能力满足需求后，将模型部署到控制模块，在运行中，控制模块将实时接收温度传感器的数据，然后使用模型计算出执行器的控制量，并通过驱动模块来控制执行器，以实现环境温度的实时补偿。

31、2、根据权利要求1所述的一种针对车载红外热像镜头组光学系统的无热化设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

32、步骤c：系统测试与优化

33、c2.1、利用温度试验箱对系统进行温度循环测试，评价系统的温度补偿效果；

34、c2.2、对测试结果进行分析，找出温度补偿性能不足的地方；

35、c2.3、优化温度补偿模型，提高温度补偿精度。

36、优选的，所述利用温度试验箱对系统进行温度循环测试，评价系统的温度补偿效果具体为：

37、c2.11、在整个系统启动并正常运行的情况下，温度传感器将持续监测并记录红外热像光学系统所处的环境温度，这些温度数据将被传输至控制模块；

38、c2.12、将红外热像光学系统置于温度试验箱中，模拟各种温度条件；

39、c2.13、在每个设定的温度条件下，控制模块会根据温度补偿模型，计算出需要的执行器状态，并通过驱动模块来控制执行器进行微调镜头的位置，以适应温度变化，这时，观察并记录执行器的动作和红外热像光学系统的图像质量是否保持稳定。

40、优选的，所述c2.13具体为：

41、c2.131、控制模块会根据接收到的温度数据，通过训练好的温度补偿模型，计算出需要的执行器状态；

42、c2.132、控制模块将计算出的执行器状态(镜头应该在的位置)以电信号的形式发送给驱动模块；

43、c2.133、驱动模块接收到信号后，会驱动执行器进行相应的物理操作(是移动镜头到预定的位置)；

44、c2.134、执行器在驱动模块的控制下，完成了镜头的微调。

45、优选的，所述对测试结果进行分析，找出温度补偿性能不足的地方具体为：

46、c2.21、分析在每个设定的温度条件下，执行器的实际动作与控制模块指令的一致性，以及红外热像光学系统的图像质量；

47、c2.22、如果在某些温度条件下，执行器的实际动作与控制模块指令不一致，或者图像质量有下降，那么应将这些情况视为温度补偿性能不足的地方。

48、优选的，所述优化温度补偿模型，提高温度补偿精度具体为：

49、c2.31对于在c2.2中发现的问题，分析原因，原因包括温度补偿模型的预测不准确，或者执行器没有根据控制模块的指令进行精确动作；

50、c2.32、根据分析的结果，优化温度补偿模型，如果问题出在温度补偿模型，那么通过收集更多的数据来进一步训练和改善模型，如果问题出在执行器，那么对执行器或驱动模块进行调整或替换；

51、c2.33、实施优化措施，并再次进行温度试验箱测试，以验证优化效果。

52、本发明的有益技术效果：

53、本发明构建了一个能够实时监测环境温度并根据温度变化调整光学系统的系统，这个系统包括温度传感器、执行器、控制模块和驱动模块，它们的组合使得系统能够实时监测环境温度，根据温度变化计算出需要的执行器状态，并控制执行器进行相应的物理操作，从而实现对环境温度变化的实时补偿。

54、本发明通过大量的数据训练出一个能够预测执行器状态的模型。这个模型的建立过程包括数据收集、模型构建、模型训练、模型验证和模型部署等步骤，这个模型的建立使得系统能够根据实时监测的环境温度预测出需要的执行器状态，从而实现对环境温度变化的实时补偿。

55、本发明通过温度试验箱对系统进行温度循环测试，评价系统的温度补偿效果，并根据测试结果进行系统优化，这个步骤的实施使得系统能够在各种温度条件下保持稳定的性能和图像质量，从而实现对环境温度变化的实时补偿。

56、本发明通过构建温度补偿环境控制系统，建立温度补偿模型，以及进行系统测试与优化等步骤，实现了对环境温度变化的实时补偿，从而保持了红外热像光学系统的稳定性和图像质量。这个方案的实施可以大大提高车载红外热像镜头组光学系统在各种环境温度下的性能，对于提高车载红外热像镜头组光学系统的稳定性和图像质量具有重要的意义。