L'étalonnage parfocal et la compensation rapide de l'objectif à zoom continu infrarouge à rapport de zoom élevé - Conception du circuit matériel

Les objectifs à zoom continu infrarouge utilisent généralement une méthode de caméra spatiale pour le zoom, intégrant un champ de vision progressif continu, ce qui est pratique pour une conversion rapide entre les trois fonctions de recherche, de surveillance et de suivi. Par rapport à l'utilisation de méthodes à objectifs multiples, les objectifs à zoom continu sont non seulement de petite taille et légers, ce qui est propice à l'intégration du système, mais peut également permettre d'économiser beaucoup de coûts.

Cependant, en raison d'erreurs de traitement mécanique et d'assemblage, il est difficile de garantir la parfocalité de l'objectif à zoom continu infrarouge (imagerie claire dans n'importe quelle position du zoom continu). Même si l'ajustement parfocal atteint la norme à température ambiante (25°C), en raison de l'influence des contraintes d'assemblage et des contraintes thermiques, et avec le changement de la température ambiante, la parfocalité de l'objectif à zoom continu changera considérablement.

L'objectif à zoom continu infrarouge à rapport de zoom élevé est plus sensible à la température. Plus la différence entre la température ambiante et la température normale est grande, plus la détérioration de la parfocalité est évidente. Par conséquent, un objectif infrarouge à zoom continu avec un rapport de zoom élevé ne peut pas garantir la parfocalité.

Afin de garantir la parfocalité d'un objectif à zoom infrarouge continu avec un rapport de zoom élevé, il est nécessaire d'obtenir une compensation rapide pendant le processus de zoom pour éliminer la non-parfocalité de différentes positions de zoom à différentes températures.

Il existe deux méthodes de compensation couramment utilisées, l'une consiste à utiliser la mise au point automatique et l'autre à utiliser la compensation de température. La méthode de mise au point automatique doit être effectuée après la fin du zoom. En raison de la monotonie du dégradé de gris de l'image, la fiabilité de la mise au point automatique est faible pour les cibles mobiles, mais cette méthode ne nécessite pas d'étalonnage et le coût d'installation est inférieur.

La méthode de compensation de température doit être rapidement compensée en fonction de la valeur de référence préalablement calibrée, avec une vitesse de compensation rapide, une fiabilité élevée et un suivi facile. Cependant, lors de l'ajustement des points de position, il est nécessaire de calibrer à différentes températures ambiantes, ce qui est compliqué à déboguer, et pour les cibles inférieures à la distance d'imagerie minimale, la valeur d'étalonnage ne peut pas être clairement imagée et une mise au point supplémentaire est nécessaire.

Afin de garantir la parfocalité de l'objectif infrarouge à zoom continu avec un grand rapport de zoom, cet article présentera spécifiquement l'une des méthodes parfocales-conception de circuits matériels, de sorte que l'objectif infrarouge à zoom continu avec un grand rapport de zoom puisse être utilisé dans différents environnements, qui peuvent aligner efficacement la cible.

Le circuit de commande de l'objectif à zoom continu infrarouge comprend principalement les parties suivantes :

Gestion de l'alimentation

La gestion de l'alimentation fournit une alimentation stable pour l'ensemble du circuit, en utilisant principalement une alimentation à découpage pour alimenter les circuits FPGA, MCU, moteur et auxiliaires ; tandis que la partie du circuit d'échantillonnage (y compris le circuit analogique, la source de référence et le capteur de température dans GD32F450I, GD32E103T8U6) utilise une alimentation linéaire LDO. De cette manière, l'efficacité de l'alimentation électrique peut être améliorée et la précision de l'échantillonnage peut être garantie.

Contrôle du zoom et contrôle de la compensation

Étant donné que le circuit de compensation doit être contrôlé en temps réel pendant le processus de zoom, afin d'améliorer la précision du contrôle, deux MCU sont utilisés pour contrôler le circuit de compensation séparément.

Le contrôle principal adopte la puce CORTEX M4 GD32F450I, la fréquence principale est de 200 M et il peut être overclocké à 400 M. Le contrôle du jeu d'instructions simplifié ARM, avec 512 K de SRAM et 1792 K de FLASH, peut satisfaire le stockage de la position d'étalonnage.

En utilisant un codeur incrémental, avec une résolution plus élevée, une meilleure précision peut être obtenue. Un taux d'échantillonnage de 20 M est utilisé pour garantir que la précision de la compensation répond aux exigences lors de la compensation à grande vitesse. Le contrôle auxiliaire adopte la puce CORTEXM4 GD32E103T. La vitesse du moteur de zoom est plus lente que celle du moteur de compensation. L'échantillonnage de la position du zoom peut utiliser soit un encodeur, soit un potentiomètre.

Le potentiomètre est pratique à contrôler, mais le temps d'échantillonnage est plus long et l'encodeur doit être initialisé, mais le calcul est simple, le temps d'échantillonnage est plus court et la précision est plus élevée. L'encodeur de zoom utilise un taux d'échantillonnage de 6M.

Pendant le processus de zoom, recherchez à l'avance le tableau de compensation pour connaître le point de conception de la position de compensation hors tolérance (elle peut être réglée en fonction de différents segments de zoom, la valeur la plus grande est définie pour la distance focale courte et la une valeur plus petite est définie pour une longue focale).

La valeur actuelle du zoom doit être transmise à l'avance de la commande auxiliaire à la commande principale, et la commande principale peut rapidement pré-compenser en fonction de la position actuelle et compenser avec précision au point d'arrêt ou à la position finale.

La pré-compensation consiste principalement à compléter le réglage parfocal de l'objectif à zoom continu infrarouge avec un grand rapport de zoom afin de garantir que l'image de l'objectif à zoom continu est plus claire pendant le processus de zoom continu.

Circuit FPGA

Le circuit FPGA est principalement utilisé pour calculer le dégradé de gris de l'image actuelle et transférer la valeur du dégradé de gris au GD32F450I en fonction de la fréquence d'images.

Dans l'unité de contrôle principale, les données sont transmises en mode DMA. Cette horloge de fréquence d'images est utilisée pour l'échantillonnage synchrone GD32F450 et la lecture de la valeur actuelle de la position de l'encodeur.

Cette position peut être utilisée pour vérifier si le mouvement de compensation est normal. Si le dégradé de gris n'est pas saisi en mode montée, l'unité de commande principale GD32F450I déterminera que la cible actuelle n'est pas à la position infinie, ou que la cible actuelle n'est pas à la valeur définie de la distance focale la plus éloignée, et le Contrôle principal GD32F450I, l'unité modifiera l'algorithme de contrôle de mouvement et passera au contrôle du mode de mise au point automatique.

L'algorithme de mise au point automatique est principalement utilisé pour vérifier l'algorithme de mouvement de contrôle de compensation. Si le tri du dégradé de gris de l'image est normal, l'algorithme de contrôle de compensation de température terminera le contrôle de parfocalité. Si l'objectif actuel est en mode suivi, l'objectif à zoom continu ne peut utiliser l'algorithme de contrôle de compensation que pour la compensation de parfocalité.

Contrôle de température

Le circuit de mesure de température est principalement utilisé pour mesurer la température de différentes positions. Le grand objectif zoom est plus sensible à la température que l'objectif zoom continu, il doit donc mesurer plusieurs points de localisation, l'utilisation de la méthode de température moyenne multipoint peut mieux refléter la température ambiante actuelle. En utilisation réelle, les trois points de mesure de température sont également utilisés pour une conception redondante. Lorsqu'un certain point de température est anormal, une méthode 2 pour 1 est utilisée pour déterminer la température actuelle.

Contrôle série

Le circuit de contrôle du port série est utilisé pour communiquer avec le système, recevoir les commandes du système et revenir à l'état actuel.

Grâce à la conception ci-dessus du circuit matériel, il est possible d'atteindre efficacement l'objectif de parfocalité de l'objectif à zoom continu infrarouge avec un rapport de zoom élevé. L'objectif à zoom continu infrarouge conçu et fabriqué par Quanhom peut se concentrer efficacement sur la cible même dans des environnements difficiles. Et nous prenons également en compte la légèreté et le coût du produit, qui est très adapté à la surveillance à distance et à la sécurité intérieure, et le produit prend en charge le format SXGA (1280x1024 12μm).

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