1、序號：HLJGDJS022 附件4：第二屆黑龍江省大學生光電設計競賽創意設計類創意策劃書 競賽題目： 可見光 紅外全景光學系統競賽隊名： 云柏科技 指導教師推薦理由：（希望評委關注的亮點，言簡意賅、切忌浮夸、否則會影響成績、80字內）1、2、3、4、5、黑龍江省大學生光電設計競賽組委會制 二一七年三月隊長姓名張柏謙學校齊齊哈爾工程學院學號2016320167專業班級軟件161班E-mail1652065501手作者姓名學號專業、班級所在學校聯系方式楊云鈴2016160116電子科學與技術齊齊哈爾工程學導教師姓名學校所在院系聯系電話/手機E-m

2、ail齊齊哈爾工程學院創意策劃方案創意策劃方案可見光/紅外全景系統隨著科技技術快速發展與進步，各個國家的國防防御要求不斷提高和民用交通指揮系統的日益復雜，則需要更高精度、更高效的照蹤和監控系統。人們為了保證系統更加高效，采用組合式探測方式、多個探測波段和多種探測模式相結合，綜合處理各種信息。人們為了提高獲得信息的有用率，采用組合式探測方式。為了對目標物體實施不間斷24小時全天探測，通過選擇多個探測波段方式實現對目標物體的遠距離的跟蹤與探測。利用組合式探測與多波段方式，在比較復雜環境下提取了更多探薄目標物體的信息，對目標物體動態有了更加準確的判斷，整體提高了探測、跟蹤的精度。優點如下：1）提高了

3、系統可利用率 當探測目標物體所處的環境較為復雜，有時單個傳感器會出現不能工作、信號不穩，更甚者出現被探測目標超出了測量范圍，采用多種方式及組合，各個傳感器工作原理不同，會有個別傳感器能正常工作，提高了系統在復雜環境下的可利用率。2)加大了時間范圍 當單個傳感器會出現不能工作、丟失探測信息，其它傳感器探測出被探測目標信息，使被探測目標一直處在被探測范圍內，加長了探測時間范圍，3)提高了可信度 采取組合及多種方式探測被測目標，每個傳感器都會對被探測物體進行判定，但單個傳感器不能全方位的反應物體的全部特征與信息，多種方式的組合彌補了單個探測判定不足的狀況，使被測物體更加接近真實提高了可信度。1、 紅

4、外發射管、接受管分析 紅外線發射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發光管和接收管相對安放在發射與受控物的兩端，中間相距一定距離;反射式指發光管與接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發光管發出的紅外光線遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外光線才工作。雙管紅外發射電路，可提高發射功率，增加紅外發射的作用距離。根據紅外線發射管芯片的特性，依據不同波長可以得到更廣泛的應用，例如：波長：940nm，適用于遙控器，例如家用電器的遙控器;波長：808nm，適用于醫療器具，空間光通信，紅外照明，固體雷射器的泵浦源。波長：830nm，適用于高速路的自動刷卡系統(夜視系統最好，可以看

5、到管芯上有一點紅光)。波長：840nm，適用于攝像機彩色變倍紅外防水;波長：850nm，適用于攝像頭(視頻拍攝)數位攝影，監控，樓寓對講，防盜報警，紅外防水。波長：870nm，適用于商場，十字路口的攝像頭。2、 無線傳輸技術無線傳輸技術存在組網靈活方便，開通迅速、維護費用低的優點，因而其應用存在著巨大的市場。但是隨著無線傳輸技術的迅速發展，它的安全性問題越來越受到人們的關注。其可分為模擬微波及數字微波兩種方式。模擬微波：此種方式傳輸就是將視頻信號直接調制在微波的通道上，通過天線發射出去，監控中心通過天線接收微波信號，再通過微波接收機解調出原來的視頻信號。據攜遠天成石朝兆介紹，此種監控方式沒有壓

6、縮損耗，幾乎不會產生延時，因此可以保證視頻質量，但其只適合點對點單路傳輸，不適合規模部署，此外因沒有調制校準過程，抗干擾性差，在無線信號環境復雜的情況下幾乎不可以使用。而模擬微波的頻率越低，波長越長。數字微波：數字微波即是先將視頻信號編碼壓縮，通過數字微波信道調制，再利用天線發射出去；接收端則相反，由天線接收信號，隨后微波解擴及視頻解壓縮，最后還原為模擬的視頻信號傳輸出去，此種方式也是目前國內市場較多使用的。數字微波的伸縮性大，通信容量最少可用十幾個頻道，且建構相對較易，通信效率較高，運用靈活。數字微波有模擬微波不可比的優點，如監控點比較多、需要加中繼的情況多、情況復雜且干擾源多的場合。總之，

7、數字微波容量大、抗干擾能力強、保密性好，同樣的發射功率傳輸距離更遠，受地形或障礙物影響較小，接口豐富，擴展能力強等等。反之，模擬微波就沒有這些優點了，只是造價便宜一點。（二）國內技術 我國對該問題的研究尚處于初級階段。在2003年由國家自然科學基金資助開展的折運射光學全景成像，全景圖像恢復等方面的研究，上海交通大學的除衛東副教授結合全發成像理論，研究了廣度優化搜素法最后應用于移動機器人導航系統。但這些研究還處在理倫試驗研究階段，距工程應用尚待時日。浙江大學楊國光教授提出了一種180度大視場y形全景凝視成像方法，這種全新的成像手段可以獲得無遠景深的凝視像，但設計工作量大，且獲得實性時較難.199

8、8年浙江大學光電信息工程學院就已開始研究全景成像方面，并且將二元光學應用于全景領域，取得了重大的進展，為國內首創的研究成果，為以后的研究提供了使用價值及參考價值。除了這項技術外，2004年全景技術又出現了一種新的方法，是由曾責勇、蘇顯渝提出的折反射全兼成像系統設計方法，該方法將非球面反射鏡與成像技術相給合，已實現全方位場景成無畸變像！目前，國內雖然紅外技術已經較為成熟，但是可見、紅外與全景結合技術的工程應用仍處于相對落后階段，只有一些學校、研究所在從事這方面的研究。由王水仲設計的紅外熱成像魚眼鏡頭”，已廣泛用于醫療內窺檢查，邊防監視，氣象探測等生活各個方面。二、 項目技術路線及設計全景成像系統

9、視場大，能夠獲取的信息量大，價格也不昂貴，而且觀測也方便。全景系統在軍事上用于目標監控，全景視頻會議，惡劣環境下探測目標等等。隨著技術的日新目異的發展，有很多方法來設計全景成像，超廣角魚眼鏡頭視場角能達到l80甚至更大，它的缺點在于畸變很大，對于圖像拼接不利；旋轉掃描式全景成像只能在實時性要求不高的環境下應用，它的圖像更新速度也不高，并且掃描結構龐大，結構復雜不利于小型化便利化發展；折反射全景系統存在中心景物探測不到的缺點，它用到曲面反射鏡，加工沒有球面簡單，裝調也很復雜。共口徑分光路分別設計可見光部分和紅外部分。在共口徑部分選擇多光滑破化鋒和氧化鈣的晶體材料，它們都是寬光譜材料，都是在可見和

10、中紅外波段可透過的。在分光棱鏡表面要鍍透可見反射紅外的融層，作為可見光部分設計，選擇四個結構形式完全360成像，由于全景系統是大視場大相對口徑系統，整個系統結夠復雜。（一）技術參數設計工作波段范圍為380760nm，要求對方位360成像，每一方向的采像物鏡視場為92相對孔徑為1/2：考慮到實時性選用面陣CCD：光學尺寸：1/2英寸：像元尺寸；5.6um*5.6um，分辨率：13921040（V)；幀速率：100fps：采像物鏡設計1）設計方法由于所設計的全景系統需要一個長的后截距以安裝快門結構和探測器元件，園采樣物鏡初始結構選擇廣角反攝遠形式，目前光學設計軟作的使用大大加速了光學系統設計的設計

11、時間，和成功率，我們用ZEMAX，CODEV等軟件都可以對復雜的光學系統進行設計。現以ZEMAX光學設計軟件上機調試，設計出了滿足要求的光學系統。2）系統設計過程a、選取初始結構物鏡視場范圍要求很大，考慮到全景系統中的設計主要適用于大稅場角度的設計，所以在設計中要合適的選擇成像系統，透射系統常有兩種結構形式：攝遠與反遠距，攝遠在光學系統中分為正組和負祖，并且負組位于后面。它的后截距小子集距，光學系統的總長度小于焦距。對小視場系統和焦距很長的系統用的較多，改光學系統的前組光焦度大于后組，結構也復雜于后組結構，由于前組正進鏡的聚焦，軸外像差很大，整個系統結構不適合大視場成像給要求，所以我們選擇反遠

12、距作為初始結構形式。美國專利第5816999號廣角鏡頭（二）工作原理考慮到全景光學系統處在運動場合帶來某些幀頻信息的丟失，全景光學系統采像系統選用分布孔徑的方法，但該方法存在光心校對難，參考了國內外多鏡頭全景成像的方法，和結合本文設計思路，確定全景光學系統轉像部分采用特殊形式，不但能夠最大量的接受有用信息，還解決了分布孔徑部署產生的光心不能很好的對準的問題。對于大視場光學系統，在保證一定的相對孔徑，單個系統無法滿足像質要求，此時，選擇多個鏡頭(本文選擇四個鏡頭，每個鏡頭視場角大于90度）組合來實現，這就是孔徑分布的概念。孔徑分布概念原理如圖，孔徑分布概念原理1. 可見光/紅外全景光學系統原理圖

13、為了使整個系統結構簡單，和方便光學裝校，整個系統選擇采用四個結構參數相同的鏡頭組成對稱性的結構形式，考慮每相鄰幀頻圖像有重疊，所有每個采鏡像頭視場角選擇大于90（一）材料：1.采像物鏡前組 （14） 2.轉像棱鏡 （56） 3.合束棱鏡 （7）4.分束棱鏡 （8） 5. 反射鏡 （10） 6.紅外線物鏡后組 （9）7.可見物鏡 （11）三、產品現狀作為全新的成像系統，全景成像技術在很大程度上依賴于光學技術以及成像系統光學元器件的發展。二元光學即折行式光學、大面陣凝視成像器件以及圖像處理技術是成像技術中的核心技術。全景成像技術究其優異特征在軍事與民用上應用廣泛，許多場合需要對現場圖像進行采集與比

14、對，如預警機高空偵察、制導導彈的指引、公共場所安全監測、公安邊防、海洋地質地貌探測、陸地地下巖層勘探、三維物體和情景重現等等場合。預警機的高空采集圖像數據，能為以后的軍事任務提供更加準確地理坐標。攝像頭的監控技術早已經在民用上廣泛使用，大到公共場所的安檢，小到家庭式的安全防盜系統。分布式孔徑紅外系統在機載作戰平臺上觀瞄系統的使用，綜合體現出了一種高性能系統，實現了掃描被測物體、鎖定物體、預判物體軌跡、預警反應，是真正完全意義上的多功能一體化的系統，這也是現如今觀瞄系統的發展需要，同時也預示全景觀瞄的趨勢1）掃描角度更大，凝視型為新的發展現如今普通的掃描系統具有掃描花費時間長、回饋速度慢、旋轉擺

15、動誤差大等問題使用凝視型系統就能改善上述問題，戰場實時性很強，所謂戰場情況瞬息萬變，它需要對信息進行實時高速采集。凝視型系統具有實時高速采集信息能力，在于它提高了采集信息數據的頻率數，增加了圖像信號處理與傳輸值，使用了具有更加高速運算及存儲能力的計算機，凝視型系統已經成為發展的新方向。2）多功能一體化的系統普通觀踏系統所具有的對威脅做出距離警告、對被測物體及目標的掃描，實現的功的的比較單一，如需更多功能則要加入多的模塊。新的觀瞄系統實現對被測物體及目標的遠距離掃描與監測，并能對被測物體移動方式、軌跡進行預判，跟蹤目標物體；運用高速計算機計算與圖像信息處理對目標進行瞄準、計算不同武器與被測物體各

16、種參數，啟動武器對目標物體進行武力打擊。3）計算機視覺系統 普通的武器對抗中大多還是采用肉眼的方式進行搜索與瞄準，這里較為典型的是坦克裝甲車輛。在實際作戰時用肉眼來跟蹤目標、進行搜索、瞄準、發射，這在一定程度具有人為誤差性、準確性較差，作戰環境惡劣和偽裝技術快速發展，使單獨使用肉眼的觀瞄系統就會使打不準目標的情況更為嚴重，利用高速計算機引入視覺系統來提高火控系統的自動化程度，利用這一系統實現被測目標的自動搜索、測物體移動方式、軌跡進行預判，借助圖像處理跟蹤目標物體，鎖定目標最終進行打擊。較高的圖像質量與對所獲得圖像進行快速處理的能力，是保障精確且快速搜索、定位攻擊目標的前提”。2. 工作流程圖特點：分可徑式全方位部署采像物鏡。設計了共口徑、分光路全方位360四通道可見光/紅外全景光學系統，該系統分別使用一個可見光CCD探測器和一個非制冷紅外焦品面探測器來代替多個探測器來接受收全方位的視覺信息，大大節約了系統的成本。分別詳細介紹了全景成像系統中可見光部分和紅外部分的設計過程，并對各自的設計結果進行了各類像差曲線的分析。從各自的傳遞函數、點列圖、象散畸變圖、垂軸像差圖分析出系統在全視場范圍里有良好的成像質量。為了減少整個系統的體積和質量，來更好的校