寬基線多陣列光學探測系統及其設置方法
【專利摘要】本發明公開了一種寬基線多陣列光學探測系統，包括設置在飛機機身下方的主陣列光學系統，飛機的兩個機翼下方均設有副陣列光學系統，主陣列光學系統與每個副陣列光學系統均包括若干個光學傳感器；本發明還公開了寬基線多陣列光學探測系統的設置方法，可同時滿足大視場、高分辨、高動態和多視角等目標探測要求。
【專利說明】寬基線多陣列光學探測系統及其設置方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光學探測【技術領域】，具體涉及一種寬基線多陣列光學探測系統及其設置方法。
【背景技術】
[0002]機載光學探測系統具有探測范圍廣、分辨能力高和被動式探測的特點，被廣泛應用于對空目標探測、跟蹤，對地目標搜索、跟蹤，戰場態勢感知、導彈來襲告警、輔助導航與起飛著陸等。
[0003]傳統機載光學探測系統目前主要采用吊艙結構，其觀測視場較小，目標信息的提取少，已不能滿足在復雜環境下對目標的檢測、跟蹤、識別和態勢估計等需求。同時，吊艙的載荷約束嚴重限制了光學系統分辨率的提高。
[0004]隨著光學傳感器制造工藝和航空計算機處理能力的提高，機載光學探測系統的技術發展趨勢是傳感器陣列化和多傳感器圖像融合。機載光學傳感器陣列利用圖像處理技術，將陣列傳感器模擬成一個大孔徑傳感器，有效克服了視場和分辨率相互矛盾的問題，可滿足大視場范圍內的情報、監視和偵察(ISR)需求。然而其缺陷在于:無法同時捕獲高分辨、高動態運動目標圖像；無法獲得目標的多視角信息。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種寬基線多陣列光學探測系統及其探測方法，可同時滿足大視場、高分辨、高動態和多視角等目標探測要求。
[0006]本發明所采用的第一種技術方案是，包括設置在飛機上的主陣列光學系統、副陣列光學系統、服務器和信號發生器；
[0007]主陣列光學系統設置在飛機機身下方，副陣列光學系統分別設置在飛機的兩個機翼下方，主陣列光學系統與每個副陣列光學系統均包括若干個光學傳感器，主陣列光學系統通過第一集線裝置連接到服務器，每個副陣列光學系統均通過第二集線裝置連接到同一個服務器，主陣列光學系統與每個副陣列光學系統均通過觸發電路連接到信號發生器。
[0008]第一種技術方案的特點還在于，
[0009]主陣列光學系統與每個副陣列光學系統之間均采用遠距離布置，主陣列光學系統以及兩個副陣列光學系統中的每個光學傳感器均對準同一個光學大視場。
[0010]主陣列光學系統和兩個副陣列光學系統內部的每個光學傳感器均采用集中式布置和同光心布置。
[0011]在飛機載荷允許的條件下，主陣列光學系統中光學傳感器的數量與每個副陣列光學系統中的光學傳感器的數量相同。
[0012]第一集線裝置包括若干個一級節點，每個一級節點連接有主陣列光學系統中的三個光學傳感器，每個一級節點連接到同一個二級節點，二級節點連接到服務器。
[0013]第二集線裝置包括若干個一級節點，每個一級節點連接有副陣列光學系統中的三個光學傳感器，每個一級節點連接到同一個二級節點，二級節點通過依次設置的轉換器、千兆網、轉換器和1394總線連接到服務器。
[0014]觸發電路包括與主陣列光學系統的光學傳感器觸發線連接的轉換器A，轉換器A通過依次設置的多路轉換器1、轉換器B連接到信號發生器的低頻信號接口，每個副陣列光學系統的光學傳感器觸發線均連接有轉換器C，每個轉換器C均連接到同一個多路轉換器II上，多路轉換器II通過轉換器D連接到信號發生器的高頻信號接口。
[0015]轉換器A和轉換器C的型號均為RS-485/TTL，轉換器B和轉換器D的型號均為TTL/RS-485。
[0016]本發明的第二種技術方案是，具體按照以下步驟實施:
[0017]步驟1，在服務器上安裝底層驅動軟件FlyCaptUre2.0和頂層圖像采集軟件Streampix5.0 ；
[0018]步驟2，通過主陣列光學系統與兩個副陣列光學系統進行第一次圖像采集，采集完成后，將主陣列光學系統的曝光時間與每個副陣列光學系統的曝光時間之比調整為8:1?3:1，將主陣列光學系統的幀速與每個副陣列光學系統的幀速之比調整為8:1?3:1 ;
[0019]步驟3，由信號發生器輸出兩種同相位不同頻率的方波，其中的高頻方波信號觸發主陣列光學系統，其中的低頻方波信號觸發兩個副陣列光學系統；
[0020]步驟4，光學傳感器采集時間的同步調整:
[0021]步驟4.1,在頂層圖像采集軟件Streampix5.0的setting選項中,將采集圖像的自動命名方式加入圖像采集時刻；
[0022]步驟4.2，通過主陣列光學系統與兩個副陣列光學系統進行第二次圖像采集，采集完成后，即得到同一陣列內的每個光學傳感器在同一方波信號下的圖像采集時刻，以延遲最大的光學傳感器為基準，對其余的光學傳感器進行延時調整；
[0023]步驟4.3，重復步驟4.2，直到陣列內不同光學傳感器之間圖像采集時刻的誤差小于Ims為止；
[0024]步驟5，經步驟4對光學傳感器采集時間的同步調整后，再通過主陣列光學系統與兩個副陣列光學系統進行第三次圖像采集，對比每個光學傳感器采集到的圖像，若圖像中出現丟巾貞現象，則調整底層驅動軟件FlyCapture2.0中的參數dragpackage的數值為X,使得采集到的圖像無丟巾貞現象，再將頂層圖像采集軟件Streampix5.0中對應的dragpackage參數的數值也調整為X ;若該圖像中無丟幀現象，則無需調整；
[0025]步驟6，經過步驟5的調整之后，再根據第三次采集到的圖像的場景亮暗情況，對每個光學傳感器的光圈、白平衡等參數進行微調，使得第三次采集到的圖像的色彩與亮度不超出光學傳感器的動態范圍，即完成寬基線多陣列光學探測系統的構建。
[0026]第二種技術方案的特點還在于，
[0027]步驟4.2中，對其余的光學傳感器延遲調整的具體方法為:
[0028]勾選底層驅動軟件FlyCapture2.0中的package delay選項，再選中頂層圖像采集軟件Streampix5.0中的trigger delay選項，為trigger delay選項選擇合適的參數，以保證陣列內部的每個光學傳感器的采集時刻相同。
[0029]本發明的有益效果是，通過多視角融合實現對大視場、高分辨、高動態和多視角的遠距離目標的探測，充分利用飛機平臺的尺寸和結構，實現光學性能的最大化，進而完成飛機對大視場、高分辨、高動態和多視角的遠距離目標的探測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明寬基線多陣列光學探測系統的結構示意圖；
[0031]圖2是本發明寬基線多陣列光學探測系統實施例中光學傳感器矩陣安裝示意圖；
[0032]圖3是本發明寬基線多陣列光學探測系統實施例中光學傳感器矩陣觀測區域示意圖；
[0033]圖4是本發明寬基線多陣列光學探測系統實施例的安裝平臺底部加強結構示意圖；
[0034]圖5是本發明寬基線多陣列光學探測系統實施例的安裝平臺的十字加強結構示意圖；
[0035]圖6是本發明寬基線多陣列光學探測系統實施例的光學傳感器的曝光時序圖；
[0036]圖7是本發明寬基線多陣列光學探測系統基線長度與測距分辨率的關系示意圖；
[0037]圖8a和圖Sb分別是本發明寬基線多陣列光學探測系統實施例中兩個副陣列光學系統在同一時刻采集的圖像照片；
[0038]圖Sc是本發明寬基線多陣列光學探測系統實施例中主陣列光學系統采集的圖像照片；
[0039]圖8d是本發明寬基線多陣列光學探測系統實施例中恢復后的動目標圖像照片。
[0040]圖中，1.主陣列光學系統，2.副陣列光學系統，3.光學傳感器，4.服務器，5.信號發生器，6.—級節點，7.二級節點，8.轉換器A，9.多路轉換器I，10.轉換器B，ll.轉換器C，12.多路轉換器II，13.轉換器D。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
[0042]本發明提供了一種寬基線多陣列光學探測系統，其結構參見圖1，包括設置在飛機機身下方的主陣列光學系統I，所述飛機的兩個機翼下方均設有副陣列光學系統2,主陣列光學系統I與每個副陣列光學系統2均包括若干個光學傳感器3，主陣列光學系統I通過第一集線裝置連接到服務器4，每個副陣列光學系統2均通過第二集線裝置連接到同一個服務器4，主陣列光學系統I與每個副陣列光學系統2均通過觸發電路連接到信號發生器5。
[0043]其中，主陣列光學系統I與每個副陣列光學系統2之間均采用遠距離布置，主陣列光學系統I以及兩個副陣列光學系統2中的每個光學傳感器3均對準同一個光學大視場。
[0044]采用遠距離布置帶來的好處是:
[0045]I)參見圖7，滿足多視角融合的需求，在20000m高空條件下，主陣列光學系統I與每個副陣列光學系統2間基線寬度為10m的條件下，測距分辨率可小于5m ；
[0046]2)實現多曝光設置，實現高動態成像，解決了運動模糊問題。
[0047]主陣列光學系統I和兩個副陣列光學系統2內部的每個光學傳感器3均采用集中式布置和同光心布置；在飛機載荷允許的條件下，主陣列光學系統I中光學傳感器3的數量與每個副陣列光學系統2中的光學傳感器3的數量相同；采用集中式布置的好處是，使得陣列視場為所有視場之和，實現了視場的最大化和高分辨率。
[0048]第一集線裝置包括若干個一級節點6，每個一級節點6通過Hub連接有主陣列光學系統I中的三個光學傳感器3，每個一級節點6連接到同一個二級節點7，二級節點7通過1394總線連接到服務器4。
[0049]第二集線裝置包括若干個一級節點6，每個一級節點6通過Hub連接有副陣列光學系統中的三個光學傳感器3，每個一級節點6連接到同一個二級節點7，二級節點通過依次設置的轉換器、千兆網、轉換器和1394總線連接到服務器4，此處轉換器型號均為1394b/千兆網。
[0050]觸發電路包括與主陣列光學系統I的光學傳感器觸發線連接的轉換器AS，轉換器AS通過依次設置的多路轉換器19、轉換器BlO連接到信號發生器5的低頻信號接口，每個副陣列光學系統2的光學傳感器觸發線均連接有轉換器C11，每個轉換器Cll均連接到同一個多路轉換器Π12上，多路轉換器1112通過轉換器D13連接到信號發生器5的高頻信號接口。其中，轉換器A8和轉換器Cll的型號均為RS-485/TTL，轉換器BlO和轉換器D13的型號均為TTL/RS-485。
[0051]本發明還提供了寬基線多陣列光學探測系統的設置方法，具體按照以下步驟實施:
[0052]步驟I,在服務器4上安裝底層驅動軟件FlyCapture2.0和頂層圖像采集軟件Streampix5.0 ；
[0053]步驟2，通過主陣列光學系統I與兩個副陣列光學系統2進行第一次圖像采集，采集完成后，將主陣列光學系統I的曝光時間與每個副陣列光學系統2的曝光時間之比調整為8:1?3:1，將主陣列光學系統I的幀速與每個副陣列光學系統2的幀速之比調整為8:1 ?3:1 ;
[0054]步驟3，由信號發生器5輸出兩種同相位不同頻率的方波，其中的高頻方波信號觸發主陣列光學系統1，其中的低頻方波信號觸發兩個副陣列光學系統2 ;
[0055]步驟4，光學傳感器3采集時間的同步調整:
[0056]步驟4.1,在頂層圖像采集軟件Streampix5.0的setting選項中,勾選將采集圖像的自動命名方式加入圖像采集時刻的子選項；
[0057]步驟4.2，通過主陣列光學系統I與兩個副陣列光學系統2進行第二次圖像采集，采集完成后，即得到同一陣列內的每個光學傳感器3在同一方波信號下的圖像采集時刻，以延遲最大的光學傳感器3為基準，對其余的光學傳感器3進行延時調整；
[0058]其中，延遲調整的具體方法為:
[0059]勾選底層驅動軟件FlyCapture2.0中的package delay選項，再選中頂層圖像采集軟件Streampix5.0中的trigger delay選項，并按照try and error的計算方法(即實驗探索方法，試錯法。先嘗試，得到錯誤結果，然后改進實驗，再嘗試糾錯，反復試驗直到成功。)為trigger delay選項選擇合適的參數，以保證陣列內部的每個光學傳感器的采集時刻相同；
[0060]步驟4.3，重復步驟4.2，直到陣列內不同光學傳感器3之間圖像采集時刻的誤差小于Ims為止；
[0061]步驟5，經步驟4對光學傳感器3采集時間的同步調整后，再通過主陣列光學系統I與兩個副陣列光學系統2進行第三次圖像采集，對比每個光學傳感器3采集到的圖像，
[0062]若圖像中出現丟幀現象，則調整底層驅動軟件FlyCaptUre2.0中的參數dragpackage的數值為X，使得采集到的圖像無丟幀現象，再將頂層圖像采集軟件Streampix5.0中對應的dragpackage參數的數值也調整為X ;若該圖像中無丟巾貞現象，則無需調整；
[0063]步驟6，經過步驟5的調整之后，再根據第三次采集到的圖像的場景亮暗情況，對每個光學傳感器3的光圈、白平衡等參數進行微調，使得第三次采集到的圖像的色彩與亮度不超出光學傳感器3的動態范圍，即完成本發明寬基線多陣列光學探測系統的構建。
[0064]實施例
[0065]步驟1，構建寬基線多陣列光學探測系統結構
[0066]1.1)設計安裝平臺，用以模擬寬基線多陣列光學探測系統的安裝載體。
[0067]安裝平臺包括一個3mX3m的主平臺框架，同時為了對觀測目標進行多視角觀測，設計兩個副平臺。由于主平臺上安裝的主陣列光學系統I是用來產生大視場，而副陣列光學系統2用來獲取深度信息等其他輔助信息，所以用來安裝副陣列光學系統2的副平臺大小會小于主平臺，其大小設計為1.5mXl.5m的框架結構。
[0068]為了實現光學傳感器3在安裝時的精確定位，主平臺和副平臺在水平方向和豎直方向均設有刻度，精度為1_。為了便于布置光學傳感器3的陣列，主平臺和副平臺都設計有四個橫向導軌，以實現光學傳感器3的水平滑動；每個橫向導軌均可以豎直運動，并且能夠固定在任意位置，從而實現光學傳感器3的精確定位。同時，主平臺旁邊設計有底座，用以承載數據采集系統。
[0069]安裝平臺整體設計好之后，為了加強平臺底部的穩定性和背部結構強度，在主、副平臺底部均增加三角形結構(如圖4所示)，在主、副平臺的導軌上均設置十字加強結構(如圖5所示)。
[0070]為了實現光學傳感器3的多角度轉動，采用SQD-6的萬向節將光學傳感器3安裝在導軌上，SQD-6萬向節能夠單邊擺幅25度，任意停留在每個角度上，允許光學傳感器前視360度轉動，并且帶動光學傳感器3在橫向導軌上任意水平運動。同時為了實現安裝平臺的便捷運動，模擬飛機的水平、反轉等運動，在安裝平臺底部設計有萬向輪。
[0071]1.2)主平臺上設置一個集中式大面積主陣列光學系統1，其結構緊湊，所有的光學傳感器3緊密排列，在探測遠距離目標時能達到無明顯的成像像差，采用高分辨率長時曝光策略，以犧牲圖像分辨率為代價獲取盡可能多的目標信息，其中同一陣列內部相鄰光學傳感器3之間保證一定的交叉視場，同時探測盡可能大的視場；
[0072]兩個副平臺上均設置有副陣列光學系統2，每個副陣列光學系統2上的光學傳感器3采用低分辨率短曝光策略，能夠捕獲快速運動物體，其總視場能夠全部覆蓋主陣列光學系統I的視場。
[0073]為了實現寬基線的設置要求，副陣列光學系統2與主陣列光學系統I間基線設計為大于80m。采用這種多陣列寬基線布置，能獲取成像視差，進而獲取目標深度信息和進行多視角融合。
[0074]1.3)將二十七個光學傳感器3分為三組分別安裝在主平臺和兩個副平臺上，每組包括九個光學傳感器且形成一個3X3的矩陣。
[0075]固定光學傳感器3的位置并記錄下兩兩之間的距離，對同一矩陣內的光學傳感器按照1-9的順序進行編號，再按照圖2所示的編號位置安裝光學傳感器3，調節萬向節姿態確保每個光學傳感器3的觀測區域滿足圖3所示的要求，即左上的光學傳感器觀測右下的區域,左中的光學傳感器觀測右中的區域以此類推。
[0076]這樣的目的是保證同一陣列內的光學傳感器3具有相同的光心，消除圖像拼接時的縫隙與偏差。最后將所有光學傳感器3的光圈和焦距調節到同一刻度，保證光學傳感器3的外部參數相同。
[0077]對于2000m*2000m*2000m的視場大小，每個光學傳感器3之間交叉視場為20%時，
采用單短焦光學傳感器3，分辨率僅達到3.7m/像素，而采用九陣列光學傳感器組時，光學傳感器3的分辨率能到達0.5m/像素，從而實現大視場和高分辨。
[0078]步驟2，建立數據鏈路結點并連接服務器4。
[0079]將主陣列光學系統I位于中間，兩組副陣列光學系統2位于主陣列光學系統I的兩端，陣列之間兩兩相距80米。
[0080]將每個陣列內部的九個光學傳感器3再分三組，每組的三個光學傳感器3連接到一個Hub作為一級結點6，光學傳感器3與Hub之間的連接為1394接口線，再將三個一級結點6同樣適用1394接口線連接到同一個Hub上作為二級結點7，由此三個陣列總共組成九個一級結點6和三個二級結點7。
[0081]由于服務器4位于主陣列光學系統I的位置，且兩組副陣列光學系統2無法直接與服務器4連接，且即便相連也會產生較大的時延。因此，參見圖4所示，將兩組副陣列光學系統2的二級節點引出的1394總線經過轉換器連接千兆網，千兆網末端再將信號轉換為1394b總線接口。最終將主陣列光學系統I輸出的一路直連信號和兩路經千兆網轉換的信號通過1394b總線接入服務器4上。
[0082]步驟3，安裝圖像采集軟件，配置主、副陣列光學系統混合曝光下的參數。
[0083]所謂混合曝光策略是指設定高幀速率短曝光時間和低幀速率長速曝光時間兩種曝光策略在多陣列光學傳感器中聯合使用。即設定兩個副陣列光學系統2為高幀速率短曝光時間，主陣列光學系統I為低巾貞速率長曝光時間。
[0084]具有高幀速率短曝光時間的高速光學傳感器可以捕捉時敏目標，實現對快速移動目標的跟蹤且獲取的圖像不會存在模糊問題，具有較高的時間分辨率。低幀速率長速曝光時間策略低速光學傳感器可以盡可能的獲取圖像中的細節，實現高動態、高分辨率成像，具有較高的空間分比率。一般來說，采集系統獲取圖像的時間分辨率和空間分辨率之間是相互矛盾的，但是利用本發明寬基線多陣列光學探測系統，通過多個光學傳感器陣列采用混合曝光策略，將兩者結合既可以獲得較高的空間分辨率，同時具有較高的時間分辨率。本發明寬基線多陣列光學探測系統中主陣列光學系統I可以獲取高動態、高分辨率圖像，兩個副陣列光學系統2 —方面擴大了主陣列光學系統I的觀測視場且提供了距離信息，另一方面具有跟蹤時敏目標捕獲快速運動物體的能力。
[0085]3.1)在服務器4上安裝光學傳感器底層驅動軟件FlyCapture2.0，確認27臺光學傳感器3全部檢測成功的情況下,安裝頂層圖像采集軟件Streampix5.0,通過Streampi5.0軟件同時監視27臺光學探測傳感器3的工作情況。
[0086]3.2)通過主陣列光學系統3與兩個副陣列光學系統2進行第一次圖像采集，采集完成后，將主陣列光學系統的曝光時間與每個副陣列光學系統的曝光時間之比調整為5:1，將主陣列光學系統的幀速與每個副陣列光學系統的幀速之比調整為5:1。
[0087]曝光時間5:1保證主陣列和副陣列圖像均不至于過亮和過暗，也就是不超過圖像的動態范圍。在不超過圖像的動態范圍下，盡量增大比例，但是過高的比例降低了圖像同步的精度，幀速率比值與曝光時間比值保持一致是出于多曝光同步的限制。
[0088]主陣列光學系統I中九個光學傳感器3的圖像大小為1024X768，考慮外部觸發引入的幀速率消減，其幀速率從標稱15fps降低到13fps ;兩個副陣列光學系統2中十八個光學傳感器3的圖像大小為640X480，考慮外部觸發引入的幀速率消減，其幀速率從標稱30fps 降低至Ij 26fps ；
[0089]主陣列光學系統I中九個光學傳感器3的數據量為I1:
[0090]I1 = 1024*768*8bit*13fps*9/1024/1024/8 = 87.75MB/s (I)
[0091]單個副陣列光學系統2中九個光學傳感器3的數據量為I2:
[0092]I2 = 640*480*8bit*26fps*18/1024/1024/8 = 68.55MB/s (2)
[0093]單個副陣列光學系統2數據量均小于峰值lOOMB/s，因此可實現無丟幀采集。
[0094]主陣列光學系統I以及兩個副陣列光學系統2的總數據量為:
[0095]I3 = 87.75MB/s+68.55MB/s*2 = 224.86MB/s (3)
[0096]27臺光學傳感器3全部連接到服務器4上正常工作I小時，服務器4每秒數據為:
[0097]I4 = 224.86MB/s*60*60/1024 = 790.52GB/h (4)
[0098]服務器4每秒需讀入數據量為224.86MB/s，為了提高磁盤的存儲性能，本發明按采取多個磁盤并行執行數據請求的方式，為滿足每秒內數據的瞬時讀取，每塊磁盤穩定的瞬時寫入速度為35MB/S，需要的磁盤個數為:224.86/35 = 7塊，且為確保陣列磁盤不會溢出最終選用八塊磁盤，其中一塊作為冗余，即用八塊磁盤做RAIDO來保證瞬間寫入數據量。為了滿足數據采集系統每小時數據量的要求，每塊磁盤的容量選擇1TB，八塊塊磁盤RAIDO之后的容量為8TB，可以滿足每小時790.52GB的容量。
[0099]3.3)給定兩種同步觸發信號，安裝外部觸發電路。
[0100]采用信號發生器5作為信號源，將其輸出信號設定為兩種同相位不同頻率的方波，輸出幅值為5V。
[0101]將輸出的高頻方波信號接入TTL/485轉換器，再將轉換后的485接口信號接入多路轉接器，多路轉接器將一路信號分為兩路485接口信號，最后將輸出的485接口信號接入485/TTL轉換器輸出TTL信號，兩路信號分別接在兩個副陣列光學系統2，每路TTL信號連接9路光學傳感器觸發線控制光學傳感器觸發；將輸出的低頻方波信號接入TTL/485轉換器，再將輸出的485接口信號經過485/TTL轉換器轉回TTL信號，接入主陣列光學系統I，連接9路光學傳感器觸發線控制光學傳感器觸發。
[0102]由于光學傳感器觸發線長度一般均為2米左右，而主陣列光學系統I與每個副陣列光學系統2之間兩兩相距80米，因此需選用長度大于80米的485接口信號線。將信號發生器5與多路轉換器均置于主陣列光學系統I的位置，選用100米485接口信號線連接多路轉換器給兩組副陣列光學系統2輸出的信號即可。
[0103]其中，TTL/485轉換器和485/TTL轉換器需要提供5V直流電源，多路轉換器需提供12V。最終輸出的TTL信號電壓為5V，電流大小為70mA左右，足以保證每組陣列正常工作。
[0104]在連接硬觸發電路過程中有以下三點注意事項:第一，485/TTL轉換器輸出的信號為TTL信號，將此信號連接到光學傳感器觸發線后將直接連入光學傳感器3。為防止損壞光學傳感器，需要首先接入示波器觀察信號幅值與信號波形，確保信號為方波且幅值為5V ；第二，485/TTL轉換器、TTL/485轉換器和多路轉換器均有信號地和電源地兩種不同地線，兩種地線混接會導致輸出方波信號有較大雜波干擾；第三，光學傳感器觸發線一端連接在光學傳感器3的外部觸接口上，另一端接在TTL信號源上，接在信號源一端分別要接信號線和信號地線，注意綠色線接信號線紫色線接信號地線，接反可能會導致觸發時序錯誤甚至損壞光學傳感器3。
[0105]3.4)引入軟件時延，調試光學傳感器3的參數。
[0106]光學傳感器曝光時序圖如圖6所示，光學傳感器3的外部觸發方式為上升沿觸發。當信號發生器5輸出的方波信號到來時，觸發信號首先經過傳輸線的時延，再然后是光學傳感器3為響應觸發信號的光學傳感器時延。由于信號的傳輸距離不同，因此必然會存在傳輸線時延。同時由于各個光學傳感器3之間存在差異,光學傳感器3米集時的響應時延也無法消除。為抵消上述兩種時延造成的光學傳感器3采集不同步問題，可以為不同光學傳感器人為引入時間延遲。
[0107]首先對Streampix5.0軟件進行設定,在其中的setting選項,將采集圖像的自動命名方式加入圖像采集時刻，由此我們可以根據圖片上的時間標簽判斷所有光學傳感器3是否在同一時刻采集圖像。設定光學傳感器3采集的幀速率以及曝光時間，然后進行一次圖像采集。
[0108]采集完成后，記錄每個光學傳感器3在同一方波信號下的圖像采集時刻，以延遲最大的光學傳感器3為基準，對其他光學傳感器3加入軟件延遲。
[0109]加入軟件延遲的方法為:勾選底層驅動軟件FlyCapture2.0中的package delay選項，再選中頂層圖像采集軟件Streampix5.0中的trigger delay選項，并按照try anderror的計算方法,為trigger delay選項選擇合適的參數，以保證陣列內部的每個光學傳感器的采集時刻之間的誤差值小于1ms。
[0110]3.5)在本發明寬基線多陣列光學探測系統同步采集的基礎上，利用Streampix5.0采集一組圖像，對比27個光學傳感器3采集到的圖像，確保本發明寬基線多陣列光學探測系統沒有丟幀情況。針對幀速率較高引發的丟幀現象，需調整底層驅動FlyCaptUre2.0軟件中的dragpackage參數,利用FlyCapture2.0對單一光學傳感器3監視。
[0111]根據FlyCapture2.0的顯示調整dragpackage參數的大小,直到顯示的圖像無丟中貞情況為止。記下調整后的dragpackage參數,找到頂層圖像采集軟件Streampix5.0中對應的dragpackage參數，保證兩個軟件中的參數一致即可。最后，根據場景的亮暗情況對光學傳感器3的光圈、白平衡等參數微調，使得在頂層StreampiX5.0軟件監視看到的圖像色彩與亮度比較合適，即不超出光學傳感器的動態范圍，這樣就完成了本實施例寬基線多陣列光學探測系統的構建。
[0112]使用該實施例中構建的寬基線多陣列光學探測系統進行圖像采集，主、副陣列光學系統采用不同的曝光時間，從而實現高動態成像，兩個副陣列光學系統2在同一時刻采集的圖像分別如圖8a和圖Sb所示；同步采集的主陣列光學系統I采集的圖像如圖Sc所示，恢復后的動目標圖像如圖8d所示；由圖8d可見，本發明的寬基線多陣列光學探測系統融合多陣列、多曝光、多視角圖像實現了高動態成像，具有解決運動模糊的能力。
[0113]本發明針對機載光學探測系統高空工作環境，以遠距離探測同時滿足大視場、高分辨、高動態和多視角要求為目標。有效克服了傳統吊艙結構的機載光學探測系統觀測視場小，目標信息少，光學視場和分辨率相互矛盾等缺點，明顯改善了復雜環境下對目標的檢測、跟蹤、識別和態勢估計精度，對機載光學探測系統的發展有重要的意義。
【權利要求】
1.寬基線多陣列光學探測系統，其特征在于，包括設置在飛機上的主陣列光學系統(I)、副陣列光學系統(2)、服務器⑷和信號發生器(5)； 所述的主陣列光學系統(I)設置在飛機機身下方，所述的副陣列光學系統(2)分別設置在飛機的兩個機翼下方，所述的主陣列光學系統(I)與每個副陣列光學系統(2)均包括若干個光學傳感器(3), 所述的主陣列光學系統(I)通過第一集線裝置連接到服務器(4)，所述的每個副陣列光學系統(2)均通過第二集線裝置連接到同一個服務器(4)，所述的主陣列光學系統(I)與每個副陣列光學系統(2)均通過觸發電路連接到信號發生器(5)。
2.如權利要求1所述的寬基線多陣列光學探測系統，其特征在于，所述的主陣列光學系統(I)與每個副陣列光學系統(2)之間均采用遠距離布置，所述的主陣列光學系統(I)以及兩個副陣列光學系統(2)中的每個光學傳感器(3)均對準同一個光學大視場。
3.如權利要求1或2所述的一種寬基線多陣列光學探測系統，其特征在于，所述的主陣列光學系統(I)和兩個副陣列光學系統(2)內部的每個光學傳感器(3)均采用集中式布置和同光心布置。
4.如權利要求1至3中任意一項所述的寬基線多陣列光學探測系統，其特征在于，在飛機載荷允許的條件下，所述的主陣列光學系統(I)中光學傳感器(3)的數量與每個副陣列光學系統(2)中的光學傳感器(3)的數量相同。
5.如權利要求1所 述的寬基線多陣列光學探測系統，其特征在于，所述的第一集線裝置包括若干個一級節點出)，每個所述的一級節點(6)連接有主陣列光學系統(I)中的三個光學傳感器(3),所述的每個一級節點(6)連接到同一個二級節點(7),所述的二級節點(7)連接到服務器(4)。
6.如權利要求1或5所述的寬基線多陣列光學探測系統，其特征在于，所述的第二集線裝置包括若干個一級節點出)，每個所述的一級節點(6)連接有副陣列光學系統中的三個光學傳感器(3),所述的每個一級節點(6)連接到同一個二級節點(7),所述的二級節點通過依次設置的轉換器、千兆網、轉換器和1394總線連接到服務器(4)。
7.如權利要求1所述的寬基線多陣列光學探測系統，其特征在于，所述的觸發電路包括與主陣列光學系統(I)的光學傳感器觸發線連接的轉換器A(8)，所述的轉換器A(8)通過依次設置的多路轉換器I (9)、轉換器B(10)連接到信號發生器(5)的低頻信號接口， 所述的每個副陣列光學系統(2)的光學傳感器觸發線均連接有轉換器C(Il)，所述的每個轉換器C(Il)均連接到同一個多路轉換器II (12)上，所述的多路轉換器II (12)通過轉換器D (13)連接到信號發生器(5)的高頻信號接口。
8.如權利要求7所述的寬基線多陣列光學探測系統，其特征在于，所述的轉換器A(S)和轉換器C(Il)的型號均為1?-485/1'11，轉換器8(10)和轉換器D(13)的型號均為TTL/RS-485。
9.如權利要求1所述的寬基線多陣列光學探測系統的設置方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施: 步驟1，在服務器⑷上安裝底層驅動軟件FlyCaptUre2.0和頂層圖像采集軟件Streampix5.0 ； 步驟2，通過主陣列光學系統(3)與兩個副陣列光學系統(2)進行第一次圖像采集，采集完成后，將主陣列光學系統的曝光時間與每個副陣列光學系統的曝光時間之比調整為8:1~3:1，將主陣列光學系統的幀速與每個副陣列光學系統的幀速之比調整為8:1~3:1 ； 步驟3，由信號發生器(5)輸出兩種同相位不同頻率的方波，其中的高頻方波信號觸發主陣列光學系統(I)，其中的低頻方波信號觸發兩個副陣列光學系統(2); 步驟4，光學傳感器(3)采集時間的同步調整: 步驟4.1,在頂層圖像采集軟件Streampix5.0的setting選項中,將采集圖像的自動命名方式加入圖像采集時刻； 步驟4.2，通過主陣列光學系統(I)與兩個副陣列光學系統(2)進行第二次圖像采集，采集完成后，即得到同一陣列內的每個光學傳感器(3)在同一方波信號下的圖像采集時亥IJ，以延遲最大的光學傳感器(3)為基準，對其余的光學傳感器(3)進行延時調整； 步驟4.3，重復步驟4.2，直到陣列內不同光學傳感器(3)之間圖像采集時刻的誤差小于Ims為止； 步驟5，經步驟4對光學傳感器(3)采集時間的同步調整后，再通過主陣列光學系統(I)與兩個副陣列光學系統(2)進行第三次圖像采集，對比每個光學傳感器(3)采集到的圖像， 若圖像中出現丟幀現象，則調整底層驅動軟件FlyCapture2.0中的參數dragpackage的數值為X，使得采集到的圖像無丟幀現象，再將頂層圖像采集軟件StreampiX5.0中對應的dragpackage參數的數值也調整為X ； 若該圖像中無丟幀現象，則無需調整； 步驟6，經過步驟5的調整之后，再根據第三次采集到的圖像的場景亮暗情況，對每個光學傳感器(3)的光圈、白平衡等參數進行微調，使得第三次采集到的圖像的色彩與亮度不超出光學傳感器(3)的動態范圍，即完成寬基線多陣列光學探測系統的構建。
10.如權利要求9所述的設置方法，其特征在于，所述的步驟4.2中，對其余的光學傳感器延遲調整的具體方法為: 勾選底層驅動軟件FlyCapture2.0中的package delay選項，再選中頂層圖像采集軟件Streampix5.0中的trigger delay選項，為trigger delay選項選擇合適的參數，以保證陣列內部的每個光學傳感器的采集時刻相同。
【文檔編號】G01V8/20GK104076407SQ201410298201
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】劉流, 趙春暉, 潘泉, 張夷齋, 潘利源, 呂洋, 馬鑫, 席慶彪, 薛松, 胡亮, 呂鑫 申請人:西北工業大學
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