一種雙大面陣高幀頻數(shù)字ccd攝像裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，屬于光電成像技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包含：攝像物鏡組、分光棱鏡、圖像調(diào)校機構(gòu)以及兩個大面陣數(shù)字CCD器件。分光棱鏡將進入光學(xué)系統(tǒng)的光束等分為兩路光束分別進入兩個大面陣數(shù)字CCD器件。圖像重合調(diào)校系統(tǒng)保證兩組CCD圖像重合。兩個大面陣數(shù)字CCD器件通過后續(xù)的圖像采集時序控制系統(tǒng)控制兩個大面陣數(shù)字CCD的曝光時刻，實現(xiàn)大面陣高幀頻圖像輸出。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、可靠性高等優(yōu)點。
【專利說明】
一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光電探測領(lǐng)域，具體為一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，主要應(yīng)用于光電跟蹤系統(tǒng)對高速小目標(biāo)的探測，也可應(yīng)用于對小目標(biāo)高速變化過程細節(jié)分析等。
【背景技術(shù)】
[0002]CXD攝像機作為光電偵察探測系統(tǒng)的必要組成部分，通常用于對目標(biāo)的跟蹤和監(jiān)測。隨著CCD成像器件技術(shù)的發(fā)展，大面陣數(shù)字CCD的應(yīng)用越來越多，大面陣數(shù)字CCD的應(yīng)用對提高探測分辨力、擴大探測視場的貢獻十分明顯，但是大面陣、超大面陣數(shù)字CCD的輸出幀頻偏低，難以適應(yīng)光電探測系統(tǒng)對高速變化目標(biāo)的探測和高幀頻輸出的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高大面陣數(shù)字CCD的輸出幀頻，可以通過兩個或多個大面陣數(shù)字CCD組成的攝像系統(tǒng)提高探測幀頻。雙大面陣數(shù)字CCD攝像系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以提高對高速變化目標(biāo)的探測能力，也能保障探測目標(biāo)時捕捉目標(biāo)的視場要求。
[0004]對于雙大面陣數(shù)字CCD實現(xiàn)高幀頻探測而言，采用分光棱鏡將攝像物鏡入射光分為兩路射出，兩路出射光光能均為入射光的一半，它們分別成像于兩個雙大面陣數(shù)字CCD靶面上。兩個大面陣數(shù)字CCD通過時序的控制分別感光成像，按照大面陣數(shù)字CCD輸出頻率的特征，兩個大面陣數(shù)字CCD感光時序相差單個大面陣數(shù)字CCD輸出幀頻時間的一半，通過圖像采集時序控制系統(tǒng)采集不同大面陣數(shù)字CCD的圖像，并按高幀頻時序輸出圖像，實現(xiàn)大面陣高幀頻圖像輸出。
[0005]單個大面陣數(shù)字CCD輸出幀頻限制了對高速變化目標(biāo)細節(jié)信息的獲取，通過兩個或多個大面陣數(shù)字CCD和圖像采集時序控制系統(tǒng)組成的攝像系統(tǒng)可以依據(jù)不同的需求，實現(xiàn)目標(biāo)探測細節(jié)的高幀頻圖像輸出。
[0006]采用兩個或多個大面陣數(shù)字CCD組成的攝像系統(tǒng)實現(xiàn)高幀頻圖像輸出時，為了減小兩個CCD成像位置誤差造成的圖像移動閃爍，除了對各CCD曝光時刻、輸出時序進行控制夕卜，還采用高精度的圖像調(diào)校機構(gòu)來減小兩個CCD對同一外界圖像成像位置的偏差，保證攝像機圖像穩(wěn)定無偏差輸出。
[0007]綜上，為了解決單一的大面陣數(shù)字CCD輸出幀頻低，不能滿足對高速變化目標(biāo)細節(jié)信息探測要求的問題，本發(fā)明提出了一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0009]所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:包括安裝框架(2)、用于成像的攝影物鏡組(I)、分光棱鏡(3)、圖像調(diào)校機構(gòu)(5)、第一大面陣數(shù)字CCD(6a)和第一大面陣數(shù)字CCD (6b)；攝影物鏡組(I)、分光棱鏡(3)、圖像調(diào)校機構(gòu)(5)、第一大面陣數(shù)字CCD(6a)和第二大面陣數(shù)字CCD(6b)均固定安裝在安裝框架(2)中；
[0010]目標(biāo)的成像光束從攝影物鏡組(I)輸入，從攝影物鏡組(I)輸入的光束經(jīng)分光棱鏡
(3)后分為兩路，一路分光經(jīng)圖像調(diào)校機構(gòu)(5)后會聚在第二大面陣數(shù)字CCD(6b)的靶面上，另一路分光會聚在第一大面陣數(shù)字CCD(6a)的靶面上;第一大面陣數(shù)字CCD(6a)和第二大面陣數(shù)字CCD(6b)的靶面與攝影物鏡組(I)的光學(xué)成像靶面重合；
[0011]所述圖像調(diào)校機構(gòu)(5)包含兩組光楔組件，每組光楔組件包括一個固定光楔和一個活動光楔，活動光楔能夠受控繞圖像調(diào)校機構(gòu)(5)中心軸向轉(zhuǎn)動;第一光楔組件(8)的光楔角方向與圖像調(diào)校機構(gòu)(5)中心軸向平行，第二光楔組件(10)的光楔角方向與第一光楔組件(8)的光楔角方向垂直。
[0012]進一步的優(yōu)選方案，所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:所述圖像調(diào)校機構(gòu)(5)還包括支架(13)、兩個調(diào)校螺環(huán)、壓圈(12)和兩個止螺;支架(13)由連接法蘭盤(13-1)和垂直于連接法蘭盤(13-1)端面的兩根突起桿(13-2)組成；兩根突起桿(13-2)的外側(cè)面為螺紋圓弧面，能夠與壓圈的內(nèi)螺紋配合;兩組光楔組件沿支架(13)的軸向依次安裝在支架(13)上，其中固定光楔的支撐框上有限位槽與支架(13)的兩根突起桿配合，約束固定光楔的軸向轉(zhuǎn)動，活動光楔的支撐框外表面帶有螺紋，并與套在支架(13)兩根突起桿上的調(diào)校螺環(huán)螺紋配合，且活動光楔的支撐框不與支架(13)的兩根突起桿發(fā)生干涉;壓圈以及連接法蘭盤(13-1)將兩個調(diào)校螺環(huán)軸向約束，止螺將調(diào)校螺環(huán)緊固。
[0013]進一步的優(yōu)選方案，所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:每組光楔組件中固定光楔和活動光楔的楔角均為2°。
[0014]進一步的優(yōu)選方案，所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:活動光楔的支撐框外表面螺紋與調(diào)校螺環(huán)的螺距相等且均等于0.5mm。
[0015]進一步的優(yōu)選方案，所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:分光棱鏡(3)為兩個直角棱鏡粘接成的立方棱鏡。
[0016]進一步的優(yōu)選方案，所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:所述安裝框架(2)帶有第一鏡筒(2-1)、第二鏡筒(2-2)和第三鏡筒(2-3)，第一鏡筒(2-1)與第三鏡筒(2-3)的軸線相互平行，第三鏡筒(2-3)與第二鏡筒(2-2)的軸線垂直;攝影物鏡組
(I)安裝在第一鏡筒(2-1)中，分光棱鏡(3)位于攝影物鏡組(I)之后，固定在第一鏡筒(2-1)的立方棱鏡框中；在第二鏡筒(2-2)和第三鏡筒(2-3)之間設(shè)置有直角反光鏡(4);分光棱鏡
(3)的一路分光經(jīng)直角反光鏡(4)折轉(zhuǎn)經(jīng)第三鏡筒(2-3)會聚在第一大面陣數(shù)字CCD(6a)的靶面上。
[0017]有益效果
[0018]本發(fā)明中的整體技術(shù)效果體現(xiàn)在以下幾個方面。
[0019](— )本發(fā)明優(yōu)選通過一個復(fù)合分光立方棱鏡和一個直角反光鏡的組合，實現(xiàn)了兩個大面陣數(shù)字CCD對同一局域圖像信息的攝取。通過后續(xù)的圖像采集時序控制系統(tǒng)，控制兩個大面陣數(shù)字CCD在不同時刻曝光，同時將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像信息，并分時交叉采集兩個大面陣數(shù)字CCD電子圖像信息，實現(xiàn)大面陣數(shù)字CCD攝像系統(tǒng)輸出幀頻倍增的效果。
[0020](二)本發(fā)明采用含有兩組光楔組成的圖像調(diào)校機構(gòu)，光楔的軸向移動可以控制圖像的成像位置。兩組光楔組件分別調(diào)控第二大面陣數(shù)字CCD(6b)圖像的水平方向成像位置和垂直方向成像位置。通過調(diào)校光楔實現(xiàn)兩個大面陣數(shù)字CCD對同一局域圖像成像的高精度重合，克服兩個大面陣數(shù)字CCD成像位置的誤差造成的圖像顯示中的移動閃爍現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0021]圖1:本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2:本發(fā)明實施例中安裝框架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3:本發(fā)明實施例的光學(xué)原理圖；
[0024]圖4:本發(fā)明實施例的圖像調(diào)校機構(gòu)組成示意圖；
[0025 ]圖5:本發(fā)明實施例中圖像調(diào)校機構(gòu)的支架示意圖；
[0026]圖6:本發(fā)明實施例中第一光楔組件中固定光楔的示意圖；
[0027]圖7:本發(fā)明實施例中第二光楔組件中固定光楔的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實施例描述本發(fā)明:
[0029]如圖1所示，本發(fā)明提出的雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其優(yōu)選實施例包括用于成像的攝影物鏡組1、安裝框架2、復(fù)合分光立方棱鏡3、直角反光鏡4、含有兩對雙光楔組件的圖像調(diào)校機構(gòu)5、第一大面陣數(shù)字CCD6a、第二大面陣數(shù)字CCD6b。用于成像的攝影物鏡組1、復(fù)合分光立方棱鏡3、直角反光鏡4、含有兩對雙光楔組件的圖像調(diào)校機構(gòu)5、第一大面陣數(shù)字CCD6a、第二大面陣數(shù)字CCD6b均固定安裝在安裝框架2中。
[0030]如圖2所示，安裝框架2為異形結(jié)構(gòu)體，安裝框架2上帶有第一鏡筒2-1、第二鏡筒2-2和第三鏡筒2-3，其中第一鏡筒2-1與第三鏡筒2-3的軸線相互平行，第三鏡筒2-3與第二鏡筒2-2的軸線垂直;第一鏡筒2-1、第三鏡筒2-3、光束入射端方向一致。攝影物鏡組I安裝在第一鏡筒2-1的前端即光束入射端。分光棱鏡3為兩個直角棱鏡粘接成的立方棱鏡，分光棱鏡3位于第一鏡筒內(nèi)攝影物鏡組I之后，按圖示方向粘接在第一鏡筒的立方棱鏡框中。直角反光鏡4安裝在分光棱鏡左側(cè)第二鏡筒2-2與第三鏡筒2-3之間，按圖示方向粘接在第二鏡筒與第三鏡筒的平面上。含有兩對雙光楔組件的圖像調(diào)校機構(gòu)5安裝在分光棱鏡下方的2-6安裝面上，第一大面陣數(shù)字CCD6a安裝在第一大面陣數(shù)字CCD安裝平面2-4上。第二大面陣數(shù)字(XD6b安裝在第一大面陣數(shù)字C⑶安裝平面2-5上。
[0031]如圖3所示，本發(fā)明的成像原理是，目標(biāo)的成像光束從攝影物鏡組I輸入，從攝影物鏡組I輸入的光束經(jīng)分光棱鏡3的分光面A分光后，一半光能透過分光面A后經(jīng)含有兩對雙光楔組件的圖像調(diào)校機構(gòu)5會聚在第二大面陣數(shù)字CCD6b的靶面上，另一半光能經(jīng)分光面A反射經(jīng)第二鏡管2-2，進入直角反光鏡4的反光面B轉(zhuǎn)折經(jīng)第三鏡管2-3會聚在第一大面陣數(shù)字(XD6a的靶面上。
[0032]調(diào)整第一大面陣數(shù)字CCD6a、第二大面陣數(shù)字CCD6b的靶面與攝影物鏡組I的光學(xué)成像靶面重合。通過后續(xù)的圖像采集時序控制系統(tǒng)交叉采集第一大面陣數(shù)字CCD6a與第二大面陣數(shù)字CCD6b的數(shù)字圖像信息，并輸出高幀頻的數(shù)字圖像。
[0033]如圖4所示，圖像調(diào)校機構(gòu)5包含兩組光楔組件，還包括支架13、兩個調(diào)校螺環(huán)、壓圈12和兩個止螺。每組光楔組件包括一個固定光楔和一個活動光楔，固定光楔和活動光楔的楔角均為2°。根據(jù)圖5所示，支架13由連接法蘭盤13-1和垂直于連接法蘭盤13-1端面的兩根突起桿13-2組成;兩根突起桿13-2的外側(cè)面為螺紋圓弧面，能夠與壓圈的內(nèi)螺紋配合，其余三個面為平面且內(nèi)側(cè)面與連接法蘭盤13-1的軸線平行。兩組光楔組件沿支架13的軸向依次安裝在支架13上，其中固定光楔的支撐框上有限位槽與支架13的兩根突起桿配合，約束固定光楔的軸向轉(zhuǎn)動?；顒庸庑ǖ闹慰蛲獗砻鎺в新菁y，并與套在支架(13)兩根突起桿上的調(diào)校螺環(huán)螺紋配合，本實施例中，活動光楔的支撐框外表面螺紋與調(diào)校螺環(huán)的螺距相等且均等于0.5mm。且活動光楔的支撐框不與支架(13)的兩根突起桿發(fā)生干涉，實現(xiàn)調(diào)校螺環(huán)能夠帶動活動光楔轉(zhuǎn)動。第一光楔組件(8)的光楔角方向與圖像調(diào)校機構(gòu)(5)中心軸向平行，第二光楔組件(10)的光楔角方向與第一光楔組件(8)的光楔角方向垂直。壓圈以及連接法蘭盤13-1將兩個調(diào)校螺環(huán)軸向約束，止螺將調(diào)校螺環(huán)緊固。
[0034]本發(fā)明優(yōu)選實施例的調(diào)整方法如下:
[0035]將安裝調(diào)試合格的雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置光機部分放在帶有方格圖案的平行光管前，并將第一大面陣數(shù)字CCD6a、第二大面陣數(shù)字CCD6b通過電纜與后續(xù)的圖像采集時序控制系統(tǒng)相連，圖像采集時序控制系統(tǒng)與顯示器相連。調(diào)節(jié)分三步進行。
[0036]第一步，先調(diào)整第一大面陣數(shù)字CCD6a安裝位置:通過精調(diào)第一大面陣數(shù)字CCD6a位置，使其第一大面陣數(shù)字CCD6a對平行光管輸出的圖像在顯示器上成像清晰，靶面中心與平行光管的中心對正滿足一定的精度要求。
[0037]第二步，調(diào)整第二大面陣數(shù)字CCD6b安裝位置:調(diào)整第二大面陣數(shù)字CCD6b前先將含有兩對雙光楔組件的圖像調(diào)校機構(gòu)中的兩個調(diào)校螺環(huán)置于可調(diào)校范圍的中間位置，并用兩個止螺分別預(yù)緊，通過精調(diào)第二大面陣數(shù)字CCD6b安裝位置，使其第二大面陣數(shù)字CCD6b對平行光管輸出的圖像在顯示器上成像清晰，靶面中心、靶面傾斜與第一大面陣數(shù)字CCD6a基本一致(誤差小于2個像素)。
[0038]第三步，第一大面陣數(shù)字CCD6a與第二大面陣數(shù)字CCD6b圖像一致性調(diào)整，通過后續(xù)的圖像采集時序控制系統(tǒng)交叉采集第一大面陣數(shù)字CCD 6a與第二大面陣數(shù)字CCD 6b產(chǎn)生的數(shù)字圖像信息，并通過圖像采集時序控制系統(tǒng)輸出高幀頻的數(shù)字圖像，觀察監(jiān)視器屏幕上的圖像是否有重影、模糊、閃爍現(xiàn)象，如果出現(xiàn)橫線重影、模糊或閃爍現(xiàn)象，松開與第一光楔組件8連接的調(diào)校螺環(huán)上的止螺，通過轉(zhuǎn)動調(diào)校螺環(huán)使第一光楔組件8的活動光楔前后移動，直至橫線圖像正常，如果出現(xiàn)豎線重影、模糊或閃爍現(xiàn)象，松開與第二光楔組件10連接的調(diào)校螺環(huán)上的止螺，通過轉(zhuǎn)動調(diào)校螺環(huán)使第二光楔組件10的活動光楔前后移動，直至豎線圖像正常。
【主權(quán)項】
1.一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:包括安裝框架(2)、用于成像的攝影物鏡組(I)、分光棱鏡(3)、圖像調(diào)校機構(gòu)(5)、第一大面陣數(shù)字CCD(6a)和第一大面陣數(shù)字CCD(6b)；攝影物鏡組(I)、分光棱鏡(3)、圖像調(diào)校機構(gòu)(5)、第一大面陣數(shù)字CCD(6a)和第二大面陣數(shù)字CCD (6b)均固定安裝在安裝框架(2)中； 目標(biāo)的成像光束從攝影物鏡組(I)輸入，從攝影物鏡組(I)輸入的光束經(jīng)分光棱鏡(3)后分為兩路，一路分光經(jīng)圖像調(diào)校機構(gòu)(5)后會聚在第二大面陣數(shù)字CCD(6b)的靶面上，另一路分光會聚在第一大面陣數(shù)字CCD(6a)的靶面上;第一大面陣數(shù)字CCD(6a)和第二大面陣數(shù)字CCD(6b)的靶面與攝影物鏡組(I)的光學(xué)成像靶面重合； 所述圖像調(diào)校機構(gòu)(5)包含兩組光楔組件，每組光楔組件包括一個固定光楔和一個活動光楔，活動光楔能夠受控繞圖像調(diào)校機構(gòu)(5)中心軸向轉(zhuǎn)動;第一光楔組件(8)的光楔角方向與圖像調(diào)校機構(gòu)(5)中心軸向平行，第二光楔組件(10)的光楔角方向與第一光楔組件(8)的光楔角方向垂直。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:所述圖像調(diào)校機構(gòu)(5)還包括支架(13)、兩個調(diào)校螺環(huán)、壓圈(12)和兩個止螺;支架(13)由連接法蘭盤(13-1)和垂直于連接法蘭盤(13-1)端面的兩根突起桿(13-2)組成;兩根突起桿(13-2)的外側(cè)面為螺紋圓弧面，能夠與壓圈的內(nèi)螺紋配合;兩組光楔組件沿支架(13)的軸向依次安裝在支架(13)上，其中固定光楔的支撐框上有限位槽與支架(13)的兩根突起桿配合，約束固定光楔的軸向轉(zhuǎn)動，活動光楔的支撐框外表面帶有螺紋，并與套在支架(13)兩根突起桿上的調(diào)校螺環(huán)螺紋配合，且活動光楔的支撐框不與支架(13)的兩根突起桿發(fā)生干涉;壓圈以及連接法蘭盤(13-1)將兩個調(diào)校螺環(huán)軸向約束，止螺將調(diào)校螺環(huán)緊固。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:每組光楔組件中固定光楔和活動光楔的楔角均為2°。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:活動光楔的支撐框外表面螺紋與調(diào)校螺環(huán)的螺距相等且均等于0.5mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:分光棱鏡(3)為兩個直角棱鏡粘接成的立方棱鏡。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙大面陣高幀頻數(shù)字CCD攝像裝置，其特征在于:所述安裝框架(2)帶有第一鏡筒(2-1)、第二鏡筒(2-2)和第三鏡筒(2-3)，第一鏡筒(2-1)與第三鏡筒(2-3)的軸線相互平行，第三鏡筒(2-3)與第二鏡筒(2-2)的軸線垂直;攝影物鏡組(I)安裝在第一鏡筒(2-1)中，分光棱鏡(3)位于攝影物鏡組(I)之后，固定在第一鏡筒(2-1)的立方棱鏡框中；在第二鏡筒(2-2)和第三鏡筒(2-3)之間設(shè)置有直角反光鏡(4);分光棱鏡(3)的一路分光經(jīng)直角反光鏡(4)折轉(zhuǎn)經(jīng)第三鏡筒(2-3)會聚在第一大面陣數(shù)字CCD(6a)的靶面上。
【文檔編號】H04N5/225GK106060354SQ201610532637
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】錢鈞, 楊洲, 楊一洲, 楊建忠, 柴繼河, 崔望南, 李濤, 聶偉樂, 陸陽, 閆麗, 鄒彬
【申請人】西安應(yīng)用光學(xué)研究所