Calibración parafocal y compensación rápida de lentes de zoom continuo infrarrojo con relación de zoom alta: diseño de circuito de hardware

Las lentes de zoom continuo infrarrojo generalmente utilizan un método de cámara espacial para hacer zoom, integrando un campo de visión gradual continuo, lo cual es conveniente para una conversión rápida entre las tres funciones de búsqueda, monitoreo y seguimiento. En comparación con el uso de métodos de lentes múltiples, los lentes de zoom continuo no solo son pequeños en tamaño y livianos, lo que favorece la integración del sistema sino que también pueden ahorrar muchos costos.

Sin embargo, debido a errores de ensamblaje y procesamiento mecánico, es difícil garantizar la parafocalidad de la lente de zoom continuo infrarrojo (imágenes claras en cualquier posición del zoom continuo). Incluso si el ajuste parafocal alcanza el estándar a temperatura ambiente (25°C), debido a la influencia del estrés del ensamblaje y del estrés térmico, y con el cambio de la temperatura ambiente, la parafocalidad de la lente de zoom continuo cambiará enormemente.

La lente de zoom continuo infrarrojo con alta relación de zoom es más sensible a la temperatura. Cuanto mayor es la diferencia entre la temperatura ambiente y la temperatura normal, más evidente es el deterioro de la parafocalidad. Por lo tanto, una lente infrarroja de zoom continuo con una relación de zoom grande no puede garantizar la parafocalidad.

Para garantizar la parafocalidad de una lente de zoom infrarrojo continuo con una gran relación de zoom, es necesario lograr una compensación rápida durante el proceso de zoom para eliminar la no parafocalidad de diferentes posiciones de zoom a diferentes temperaturas.

Hay dos métodos de compensación comúnmente utilizados, uno es usar el enfoque automático y el otro es usar la compensación de temperatura. El método de enfoque automático debe realizarse una vez finalizado el zoom. Debido a la monotonía del gradiente de grises de la imagen, la confiabilidad del enfoque automático es baja para objetivos en movimiento, pero este método no requiere calibración y el costo de instalación es menor.

El método de compensación de temperatura debe compensarse rápidamente de acuerdo con el valor de referencia previamente calibrado, con una velocidad de compensación rápida, alta confiabilidad y fácil seguimiento. Sin embargo, al ajustar los puntos de posición, es necesario calibrar a diferentes temperaturas ambiente, lo cual es complicado de depurar, y para objetivos menores que la distancia mínima de imagen, el valor de calibración no se puede visualizar claramente y se requiere un mayor enfoque.

Para garantizar la parafocalidad de la lente infrarroja de zoom continuo con una gran relación de zoom, este artículo presentará específicamente uno de los métodos parafocales: el diseño del circuito de hardware, de modo que la lente infrarroja de zoom continuo con una gran relación de zoom se pueda utilizar en diferentes entornos, que pueden alinear eficazmente el objetivo.

El circuito de control de la lente de zoom continuo infrarrojo incluye principalmente las siguientes partes:

Gestión de energía

La administración de energía proporciona energía estable para todo el circuito, utilizando principalmente una fuente de alimentación conmutada para proporcionar energía a FPGA, MCU, motor y circuitos auxiliares; mientras que la parte del circuito de muestreo (incluido el circuito analógico, la fuente de referencia y el sensor de temperatura en GD32F450I, GD32E103T8U6) utiliza una fuente de alimentación lineal LDO. De esta manera, se puede mejorar la eficiencia del suministro de energía y garantizar la precisión del muestreo.

Control de zoom y control de compensación

Dado que el circuito de compensación debe controlarse en tiempo real durante el proceso de zoom, para mejorar la precisión del control, se utilizan dos MCU para controlar el circuito de compensación por separado.

El control principal adopta el chip CORTEX M4 GD32F450I, la frecuencia principal es de 200 M y se puede overclockear a 400 M. El control del conjunto de instrucciones simplificado ARM, con 512 K de SRAM y 1792 K de FLASH, puede satisfacer el almacenamiento de la posición de calibración.

Utilizando un codificador incremental, con mayor resolución, se puede obtener una mayor precisión. Se utiliza una frecuencia de muestreo de 20 M para garantizar que la precisión de la compensación cumpla con los requisitos durante la compensación de alta velocidad. El control auxiliar adopta el chip CORTEXM4 GD32E103T. La velocidad del motor del zoom es más lenta que la del motor de compensación. El muestreo de la posición del zoom puede utilizar un codificador o un potenciómetro.

Es conveniente controlar el potenciómetro, pero el tiempo de muestreo es más largo y es necesario inicializar el codificador, pero el cálculo es simple, el tiempo de muestreo es más corto y la precisión es mayor. El codificador de zoom utiliza una frecuencia de muestreo de 6 M.

En el proceso de hacer zoom, busque en la tabla de compensación con anticipación para averiguar el punto de diseño de la posición de compensación fuera de tolerancia (se puede configurar de acuerdo con diferentes segmentos de zoom, el valor mayor se establece para una distancia focal corta y el se establece un valor menor para distancias focales largas).

El valor de zoom actual debe transmitirse desde el control auxiliar al control principal con anticipación, y el control principal puede precompensar rápidamente de acuerdo con la posición actual y compensar con precisión en el punto de parada o en la posición final.

La compensación previa sirve principalmente para completar el ajuste parafocal de la lente de zoom continuo infrarrojo con una relación de zoom grande para garantizar que la imagen de la lente de zoom continuo sea más clara durante el proceso de zoom continuo.

circuito FPGA

El circuito FPGA se utiliza principalmente para calcular el gradiente de grises de la imagen actual y transferir el valor del gradiente de grises al GD32F450I de acuerdo con la velocidad de fotogramas.

En la unidad de control principal, los datos se transmiten en modo DMA. Este reloj de velocidad de fotogramas se utiliza para el muestreo sincrónico del GD32F450 y para leer el valor de posición actual del codificador.

Esta posición se puede utilizar para verificar si el movimiento de compensación es normal. Si el gradiente de grises no se ingresa en el modo de ascenso de colinas, la unidad de control principal GD32F450I determinará que el objetivo actual no está en la posición infinita, o que el objetivo actual no está en el valor establecido de la distancia focal más lejana, y el Control principal GD32F450I, la unidad cambiará el algoritmo de control de movimiento y cambiará al control del modo de enfoque automático.

El algoritmo de enfoque automático se utiliza principalmente para verificar el algoritmo de movimiento de control de compensación. Si la clasificación del gradiente de gris de la imagen es normal, el algoritmo de control de compensación de temperatura completará el control de parafocalidad. Si la lente actual está en modo de seguimiento, la lente de zoom continuo solo puede usar el algoritmo de control de compensación para la compensación de parafocalidad.

Control de temperatura

El circuito de medición de temperatura se utiliza principalmente para medir la temperatura de diferentes posiciones. La lente de zoom grande es más sensible a la temperatura que la lente de zoom continuo, por lo que necesita medir múltiples puntos de ubicación; el uso del método de temperatura promedio de múltiples puntos puede reflejar mejor la temperatura ambiente actual. En el uso real, los tres puntos de medición de temperatura también se utilizan para un diseño redundante. Cuando un determinado punto de temperatura es anormal, se utiliza un método de 2 a 1 para determinar la temperatura actual.

Control en serie

El circuito de control del puerto serie se utiliza para comunicarse con el sistema, recibir comandos del sistema y volver al estado actual.

A través del diseño anterior del circuito de hardware, es posible cumplir eficientemente el objetivo de parafocalidad de la lente de zoom continuo infrarrojo con una relación de zoom grande. La lente de zoom continuo infrarrojo diseñada y fabricada por Quanhom puede enfocar eficazmente el objetivo incluso en entornos hostiles. Y también tenemos en cuenta el peso ligero y el costo del producto, que es muy adecuado para monitoreo remoto y seguridad nacional, y el producto admite el formato SXGA (1280x1024 12μm).

Si desea saber más sobre las lentes de zoom continuo infrarrojo después de leer lo anterior, comuníquese con Quanhom para obtener asesoramiento profesional.

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