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宽基线多阵列光学探测系统及其设置方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽基线多阵列光学探测系统，包括设置在飞机机身下方的主阵列光学系统，飞机的两个机翼下方均设有副阵列光学系统，主阵列光学系统与每个副阵列光学系统均包括若干个光学传感器；本发明还公开了宽基线多阵列光学探测系统的设置方法，可同时满足大视场、高分辨、高动态和多视角等目标探测要求。
【专利说明】宽基线多阵列光学探测系统及其设置方法

【技术领域】
[0001]本发明属于光学探测【技术领域】，具体涉及一种宽基线多阵列光学探测系统及其设置方法。

【背景技术】
[0002]机载光学探测系统具有探测范围广、分辨能力高和被动式探测的特点，被广泛应用于对空目标探测、跟踪，对地目标搜索、跟踪，战场态势感知、导弹来袭告警、辅助导航与起飞着陆等。
[0003]传统机载光学探测系统目前主要采用吊舱结构，其观测视场较小，目标信息的提取少，已不能满足在复杂环境下对目标的检测、跟踪、识别和态势估计等需求。同时，吊舱的载荷约束严重限制了光学系统分辨率的提高。
[0004]随着光学传感器制造工艺和航空计算机处理能力的提高，机载光学探测系统的技术发展趋势是传感器阵列化和多传感器图像融合。机载光学传感器阵列利用图像处理技术，将阵列传感器模拟成一个大孔径传感器，有效克服了视场和分辨率相互矛盾的问题，可满足大视场范围内的情报、监视和侦察(ISR)需求。然而其缺陷在于:无法同时捕获高分辨、高动态运动目标图像；无法获得目标的多视角信息。


【发明内容】

[0005]本发明的目的是提供一种宽基线多阵列光学探测系统及其探测方法，可同时满足大视场、高分辨、高动态和多视角等目标探测要求。
[0006]本发明所采用的第一种技术方案是，包括设置在飞机上的主阵列光学系统、副阵列光学系统、服务器和信号发生器；
[0007]主阵列光学系统设置在飞机机身下方，副阵列光学系统分别设置在飞机的两个机翼下方，主阵列光学系统与每个副阵列光学系统均包括若干个光学传感器，主阵列光学系统通过第一集线装置连接到服务器，每个副阵列光学系统均通过第二集线装置连接到同一个服务器，主阵列光学系统与每个副阵列光学系统均通过触发电路连接到信号发生器。
[0008]第一种技术方案的特点还在于，
[0009]主阵列光学系统与每个副阵列光学系统之间均采用远距离布置，主阵列光学系统以及两个副阵列光学系统中的每个光学传感器均对准同一个光学大视场。
[0010]主阵列光学系统和两个副阵列光学系统内部的每个光学传感器均采用集中式布置和同光心布置。
[0011]在飞机载荷允许的条件下，主阵列光学系统中光学传感器的数量与每个副阵列光学系统中的光学传感器的数量相同。
[0012]第一集线装置包括若干个一级节点，每个一级节点连接有主阵列光学系统中的三个光学传感器，每个一级节点连接到同一个二级节点，二级节点连接到服务器。
[0013]第二集线装置包括若干个一级节点，每个一级节点连接有副阵列光学系统中的三个光学传感器，每个一级节点连接到同一个二级节点，二级节点通过依次设置的转换器、千兆网、转换器和1394总线连接到服务器。
[0014]触发电路包括与主阵列光学系统的光学传感器触发线连接的转换器A，转换器A通过依次设置的多路转换器1、转换器B连接到信号发生器的低频信号接口，每个副阵列光学系统的光学传感器触发线均连接有转换器C，每个转换器C均连接到同一个多路转换器II上，多路转换器II通过转换器D连接到信号发生器的高频信号接口。
[0015]转换器A和转换器C的型号均为RS-485/TTL，转换器B和转换器D的型号均为TTL/RS-485。
[0016]本发明的第二种技术方案是，具体按照以下步骤实施:
[0017]步骤1，在服务器上安装底层驱动软件FlyCaptUre2.0和顶层图像采集软件Streampix5.0 ；
[0018]步骤2，通过主阵列光学系统与两个副阵列光学系统进行第一次图像采集，采集完成后，将主阵列光学系统的曝光时间与每个副阵列光学系统的曝光时间之比调整为8:1?3:1，将主阵列光学系统的帧速与每个副阵列光学系统的帧速之比调整为8:1?3:1 ;
[0019]步骤3，由信号发生器输出两种同相位不同频率的方波，其中的高频方波信号触发主阵列光学系统，其中的低频方波信号触发两个副阵列光学系统；
[0020]步骤4，光学传感器采集时间的同步调整:
[0021]步骤4.1,在顶层图像采集软件Streampix5.0的setting选项中,将采集图像的自动命名方式加入图像采集时刻；
[0022]步骤4.2，通过主阵列光学系统与两个副阵列光学系统进行第二次图像采集，采集完成后，即得到同一阵列内的每个光学传感器在同一方波信号下的图像采集时刻，以延迟最大的光学传感器为基准，对其余的光学传感器进行延时调整；
[0023]步骤4.3，重复步骤4.2，直到阵列内不同光学传感器之间图像采集时刻的误差小于Ims为止；
[0024]步骤5，经步骤4对光学传感器采集时间的同步调整后，再通过主阵列光学系统与两个副阵列光学系统进行第三次图像采集，对比每个光学传感器采集到的图像，若图像中出现丢巾贞现象，则调整底层驱动软件FlyCapture2.0中的参数dragpackage的数值为X,使得采集到的图像无丢巾贞现象，再将顶层图像采集软件Streampix5.0中对应的dragpackage参数的数值也调整为X ;若该图像中无丢帧现象，则无需调整；
[0025]步骤6，经过步骤5的调整之后，再根据第三次采集到的图像的场景亮暗情况，对每个光学传感器的光圈、白平衡等参数进行微调，使得第三次采集到的图像的色彩与亮度不超出光学传感器的动态范围，即完成宽基线多阵列光学探测系统的构建。
[0026]第二种技术方案的特点还在于，
[0027]步骤4.2中，对其余的光学传感器延迟调整的具体方法为:
[0028]勾选底层驱动软件FlyCapture2.0中的package delay选项，再选中顶层图像采集软件Streampix5.0中的trigger delay选项，为trigger delay选项选择合适的参数，以保证阵列内部的每个光学传感器的采集时刻相同。
[0029]本发明的有益效果是，通过多视角融合实现对大视场、高分辨、高动态和多视角的远距离目标的探测，充分利用飞机平台的尺寸和结构，实现光学性能的最大化，进而完成飞机对大视场、高分辨、高动态和多视角的远距离目标的探测。

【专利附图】

【附图说明】
[0030]图1是本发明宽基线多阵列光学探测系统的结构示意图；
[0031]图2是本发明宽基线多阵列光学探测系统实施例中光学传感器矩阵安装示意图；
[0032]图3是本发明宽基线多阵列光学探测系统实施例中光学传感器矩阵观测区域示意图；
[0033]图4是本发明宽基线多阵列光学探测系统实施例的安装平台底部加强结构示意图；
[0034]图5是本发明宽基线多阵列光学探测系统实施例的安装平台的十字加强结构示意图；
[0035]图6是本发明宽基线多阵列光学探测系统实施例的光学传感器的曝光时序图；
[0036]图7是本发明宽基线多阵列光学探测系统基线长度与测距分辨率的关系示意图；
[0037]图8a和图Sb分别是本发明宽基线多阵列光学探测系统实施例中两个副阵列光学系统在同一时刻采集的图像照片；
[0038]图Sc是本发明宽基线多阵列光学探测系统实施例中主阵列光学系统采集的图像照片；
[0039]图8d是本发明宽基线多阵列光学探测系统实施例中恢复后的动目标图像照片。
[0040]图中，1.主阵列光学系统，2.副阵列光学系统，3.光学传感器，4.服务器，5.信号发生器，6.—级节点，7.二级节点，8.转换器A，9.多路转换器I，10.转换器B，ll.转换器C，12.多路转换器II，13.转换器D。

【具体实施方式】
[0041]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0042]本发明提供了一种宽基线多阵列光学探测系统，其结构参见图1，包括设置在飞机机身下方的主阵列光学系统I，所述飞机的两个机翼下方均设有副阵列光学系统2,主阵列光学系统I与每个副阵列光学系统2均包括若干个光学传感器3，主阵列光学系统I通过第一集线装置连接到服务器4，每个副阵列光学系统2均通过第二集线装置连接到同一个服务器4，主阵列光学系统I与每个副阵列光学系统2均通过触发电路连接到信号发生器5。
[0043]其中，主阵列光学系统I与每个副阵列光学系统2之间均采用远距离布置，主阵列光学系统I以及两个副阵列光学系统2中的每个光学传感器3均对准同一个光学大视场。
[0044]采用远距离布置带来的好处是:
[0045]I)参见图7，满足多视角融合的需求，在20000m高空条件下，主阵列光学系统I与每个副阵列光学系统2间基线宽度为10m的条件下，测距分辨率可小于5m ；
[0046]2)实现多曝光设置，实现高动态成像，解决了运动模糊问题。
[0047]主阵列光学系统I和两个副阵列光学系统2内部的每个光学传感器3均采用集中式布置和同光心布置；在飞机载荷允许的条件下，主阵列光学系统I中光学传感器3的数量与每个副阵列光学系统2中的光学传感器3的数量相同；采用集中式布置的好处是，使得阵列视场为所有视场之和，实现了视场的最大化和高分辨率。
[0048]第一集线装置包括若干个一级节点6，每个一级节点6通过Hub连接有主阵列光学系统I中的三个光学传感器3，每个一级节点6连接到同一个二级节点7，二级节点7通过1394总线连接到服务器4。
[0049]第二集线装置包括若干个一级节点6，每个一级节点6通过Hub连接有副阵列光学系统中的三个光学传感器3，每个一级节点6连接到同一个二级节点7，二级节点通过依次设置的转换器、千兆网、转换器和1394总线连接到服务器4，此处转换器型号均为1394b/千兆网。
[0050]触发电路包括与主阵列光学系统I的光学传感器触发线连接的转换器AS，转换器AS通过依次设置的多路转换器19、转换器BlO连接到信号发生器5的低频信号接口，每个副阵列光学系统2的光学传感器触发线均连接有转换器C11，每个转换器Cll均连接到同一个多路转换器Π12上，多路转换器1112通过转换器D13连接到信号发生器5的高频信号接口。其中，转换器A8和转换器Cll的型号均为RS-485/TTL，转换器BlO和转换器D13的型号均为TTL/RS-485。
[0051]本发明还提供了宽基线多阵列光学探测系统的设置方法，具体按照以下步骤实施:
[0052]步骤I,在服务器4上安装底层驱动软件FlyCapture2.0和顶层图像采集软件Streampix5.0 ；
[0053]步骤2，通过主阵列光学系统I与两个副阵列光学系统2进行第一次图像采集，采集完成后，将主阵列光学系统I的曝光时间与每个副阵列光学系统2的曝光时间之比调整为8:1?3:1，将主阵列光学系统I的帧速与每个副阵列光学系统2的帧速之比调整为8:1 ?3:1 ;
[0054]步骤3，由信号发生器5输出两种同相位不同频率的方波，其中的高频方波信号触发主阵列光学系统1，其中的低频方波信号触发两个副阵列光学系统2 ;
[0055]步骤4，光学传感器3采集时间的同步调整:
[0056]步骤4.1,在顶层图像采集软件Streampix5.0的setting选项中,勾选将采集图像的自动命名方式加入图像采集时刻的子选项；
[0057]步骤4.2，通过主阵列光学系统I与两个副阵列光学系统2进行第二次图像采集，采集完成后，即得到同一阵列内的每个光学传感器3在同一方波信号下的图像采集时刻，以延迟最大的光学传感器3为基准，对其余的光学传感器3进行延时调整；
[0058]其中，延迟调整的具体方法为:
[0059]勾选底层驱动软件FlyCapture2.0中的package delay选项，再选中顶层图像采集软件Streampix5.0中的trigger delay选项，并按照try and error的计算方法(即实验探索方法，试错法。先尝试，得到错误结果，然后改进实验，再尝试纠错，反复试验直到成功。)为trigger delay选项选择合适的参数，以保证阵列内部的每个光学传感器的采集时刻相同；
[0060]步骤4.3，重复步骤4.2，直到阵列内不同光学传感器3之间图像采集时刻的误差小于Ims为止；
[0061]步骤5，经步骤4对光学传感器3采集时间的同步调整后，再通过主阵列光学系统I与两个副阵列光学系统2进行第三次图像采集，对比每个光学传感器3采集到的图像，
[0062]若图像中出现丢帧现象，则调整底层驱动软件FlyCaptUre2.0中的参数dragpackage的数值为X，使得采集到的图像无丢帧现象，再将顶层图像采集软件Streampix5.0中对应的dragpackage参数的数值也调整为X ;若该图像中无丢巾贞现象，则无需调整；
[0063]步骤6，经过步骤5的调整之后，再根据第三次采集到的图像的场景亮暗情况，对每个光学传感器3的光圈、白平衡等参数进行微调，使得第三次采集到的图像的色彩与亮度不超出光学传感器3的动态范围，即完成本发明宽基线多阵列光学探测系统的构建。
[0064]实施例
[0065]步骤1，构建宽基线多阵列光学探测系统结构
[0066]1.1)设计安装平台，用以模拟宽基线多阵列光学探测系统的安装载体。
[0067]安装平台包括一个3mX3m的主平台框架，同时为了对观测目标进行多视角观测，设计两个副平台。由于主平台上安装的主阵列光学系统I是用来产生大视场，而副阵列光学系统2用来获取深度信息等其他辅助信息，所以用来安装副阵列光学系统2的副平台大小会小于主平台，其大小设计为1.5mXl.5m的框架结构。
[0068]为了实现光学传感器3在安装时的精确定位，主平台和副平台在水平方向和竖直方向均设有刻度，精度为1_。为了便于布置光学传感器3的阵列，主平台和副平台都设计有四个横向导轨，以实现光学传感器3的水平滑动；每个横向导轨均可以竖直运动，并且能够固定在任意位置，从而实现光学传感器3的精确定位。同时，主平台旁边设计有底座，用以承载数据采集系统。
[0069]安装平台整体设计好之后，为了加强平台底部的稳定性和背部结构强度，在主、副平台底部均增加三角形结构(如图4所示)，在主、副平台的导轨上均设置十字加强结构(如图5所示)。
[0070]为了实现光学传感器3的多角度转动，采用SQD-6的万向节将光学传感器3安装在导轨上，SQD-6万向节能够单边摆幅25度，任意停留在每个角度上，允许光学传感器前视360度转动，并且带动光学传感器3在横向导轨上任意水平运动。同时为了实现安装平台的便捷运动，模拟飞机的水平、反转等运动，在安装平台底部设计有万向轮。
[0071]1.2)主平台上设置一个集中式大面积主阵列光学系统1，其结构紧凑，所有的光学传感器3紧密排列，在探测远距离目标时能达到无明显的成像像差，采用高分辨率长时曝光策略，以牺牲图像分辨率为代价获取尽可能多的目标信息，其中同一阵列内部相邻光学传感器3之间保证一定的交叉视场，同时探测尽可能大的视场；
[0072]两个副平台上均设置有副阵列光学系统2，每个副阵列光学系统2上的光学传感器3采用低分辨率短曝光策略，能够捕获快速运动物体，其总视场能够全部覆盖主阵列光学系统I的视场。
[0073]为了实现宽基线的设置要求，副阵列光学系统2与主阵列光学系统I间基线设计为大于80m。采用这种多阵列宽基线布置，能获取成像视差，进而获取目标深度信息和进行多视角融合。
[0074]1.3)将二十七个光学传感器3分为三组分别安装在主平台和两个副平台上，每组包括九个光学传感器且形成一个3X3的矩阵。
[0075]固定光学传感器3的位置并记录下两两之间的距离，对同一矩阵内的光学传感器按照1-9的顺序进行编号，再按照图2所示的编号位置安装光学传感器3，调节万向节姿态确保每个光学传感器3的观测区域满足图3所示的要求，即左上的光学传感器观测右下的区域,左中的光学传感器观测右中的区域以此类推。
[0076]这样的目的是保证同一阵列内的光学传感器3具有相同的光心，消除图像拼接时的缝隙与偏差。最后将所有光学传感器3的光圈和焦距调节到同一刻度，保证光学传感器3的外部参数相同。
[0077]对于2000m*2000m*2000m的视场大小，每个光学传感器3之间交叉视场为20%时，
采用单短焦光学传感器3，分辨率仅达到3.7m/像素，而采用九阵列光学传感器组时，光学传感器3的分辨率能到达0.5m/像素，从而实现大视场和高分辨。
[0078]步骤2，建立数据链路结点并连接服务器4。
[0079]将主阵列光学系统I位于中间，两组副阵列光学系统2位于主阵列光学系统I的两端，阵列之间两两相距80米。
[0080]将每个阵列内部的九个光学传感器3再分三组，每组的三个光学传感器3连接到一个Hub作为一级结点6，光学传感器3与Hub之间的连接为1394接口线，再将三个一级结点6同样适用1394接口线连接到同一个Hub上作为二级结点7，由此三个阵列总共组成九个一级结点6和三个二级结点7。
[0081]由于服务器4位于主阵列光学系统I的位置，且两组副阵列光学系统2无法直接与服务器4连接，且即便相连也会产生较大的时延。因此，参见图4所示，将两组副阵列光学系统2的二级节点引出的1394总线经过转换器连接千兆网，千兆网末端再将信号转换为1394b总线接口。最终将主阵列光学系统I输出的一路直连信号和两路经千兆网转换的信号通过1394b总线接入服务器4上。
[0082]步骤3，安装图像采集软件，配置主、副阵列光学系统混合曝光下的参数。
[0083]所谓混合曝光策略是指设定高帧速率短曝光时间和低帧速率长速曝光时间两种曝光策略在多阵列光学传感器中联合使用。即设定两个副阵列光学系统2为高帧速率短曝光时间，主阵列光学系统I为低巾贞速率长曝光时间。
[0084]具有高帧速率短曝光时间的高速光学传感器可以捕捉时敏目标，实现对快速移动目标的跟踪且获取的图像不会存在模糊问题，具有较高的时间分辨率。低帧速率长速曝光时间策略低速光学传感器可以尽可能的获取图像中的细节，实现高动态、高分辨率成像，具有较高的空间分比率。一般来说，采集系统获取图像的时间分辨率和空间分辨率之间是相互矛盾的，但是利用本发明宽基线多阵列光学探测系统，通过多个光学传感器阵列采用混合曝光策略，将两者结合既可以获得较高的空间分辨率，同时具有较高的时间分辨率。本发明宽基线多阵列光学探测系统中主阵列光学系统I可以获取高动态、高分辨率图像，两个副阵列光学系统2 —方面扩大了主阵列光学系统I的观测视场且提供了距离信息，另一方面具有跟踪时敏目标捕获快速运动物体的能力。
[0085]3.1)在服务器4上安装光学传感器底层驱动软件FlyCapture2.0，确认27台光学传感器3全部检测成功的情况下,安装顶层图像采集软件Streampix5.0,通过Streampi5.0软件同时监视27台光学探测传感器3的工作情况。
[0086]3.2)通过主阵列光学系统3与两个副阵列光学系统2进行第一次图像采集，采集完成后，将主阵列光学系统的曝光时间与每个副阵列光学系统的曝光时间之比调整为5:1，将主阵列光学系统的帧速与每个副阵列光学系统的帧速之比调整为5:1。
[0087]曝光时间5:1保证主阵列和副阵列图像均不至于过亮和过暗，也就是不超过图像的动态范围。在不超过图像的动态范围下，尽量增大比例，但是过高的比例降低了图像同步的精度，帧速率比值与曝光时间比值保持一致是出于多曝光同步的限制。
[0088]主阵列光学系统I中九个光学传感器3的图像大小为1024X768，考虑外部触发引入的帧速率消减，其帧速率从标称15fps降低到13fps ;两个副阵列光学系统2中十八个光学传感器3的图像大小为640X480，考虑外部触发引入的帧速率消减，其帧速率从标称30fps 降低至Ij 26fps ；
[0089]主阵列光学系统I中九个光学传感器3的数据量为I1:
[0090]I1 = 1024*768*8bit*13fps*9/1024/1024/8 = 87.75MB/s (I)
[0091]单个副阵列光学系统2中九个光学传感器3的数据量为I2:
[0092]I2 = 640*480*8bit*26fps*18/1024/1024/8 = 68.55MB/s (2)
[0093]单个副阵列光学系统2数据量均小于峰值lOOMB/s，因此可实现无丢帧采集。
[0094]主阵列光学系统I以及两个副阵列光学系统2的总数据量为:
[0095]I3 = 87.75MB/s+68.55MB/s*2 = 224.86MB/s (3)
[0096]27台光学传感器3全部连接到服务器4上正常工作I小时，服务器4每秒数据为:
[0097]I4 = 224.86MB/s*60*60/1024 = 790.52GB/h (4)
[0098]服务器4每秒需读入数据量为224.86MB/s，为了提高磁盘的存储性能，本发明按采取多个磁盘并行执行数据请求的方式，为满足每秒内数据的瞬时读取，每块磁盘稳定的瞬时写入速度为35MB/S，需要的磁盘个数为:224.86/35 = 7块，且为确保阵列磁盘不会溢出最终选用八块磁盘，其中一块作为冗余，即用八块磁盘做RAIDO来保证瞬间写入数据量。为了满足数据采集系统每小时数据量的要求，每块磁盘的容量选择1TB，八块块磁盘RAIDO之后的容量为8TB，可以满足每小时790.52GB的容量。
[0099]3.3)给定两种同步触发信号，安装外部触发电路。
[0100]采用信号发生器5作为信号源，将其输出信号设定为两种同相位不同频率的方波，输出幅值为5V。
[0101]将输出的高频方波信号接入TTL/485转换器，再将转换后的485接口信号接入多路转接器，多路转接器将一路信号分为两路485接口信号，最后将输出的485接口信号接入485/TTL转换器输出TTL信号，两路信号分别接在两个副阵列光学系统2，每路TTL信号连接9路光学传感器触发线控制光学传感器触发；将输出的低频方波信号接入TTL/485转换器，再将输出的485接口信号经过485/TTL转换器转回TTL信号，接入主阵列光学系统I，连接9路光学传感器触发线控制光学传感器触发。
[0102]由于光学传感器触发线长度一般均为2米左右，而主阵列光学系统I与每个副阵列光学系统2之间两两相距80米，因此需选用长度大于80米的485接口信号线。将信号发生器5与多路转换器均置于主阵列光学系统I的位置，选用100米485接口信号线连接多路转换器给两组副阵列光学系统2输出的信号即可。
[0103]其中，TTL/485转换器和485/TTL转换器需要提供5V直流电源，多路转换器需提供12V。最终输出的TTL信号电压为5V，电流大小为70mA左右，足以保证每组阵列正常工作。
[0104]在连接硬触发电路过程中有以下三点注意事项:第一，485/TTL转换器输出的信号为TTL信号，将此信号连接到光学传感器触发线后将直接连入光学传感器3。为防止损坏光学传感器，需要首先接入示波器观察信号幅值与信号波形，确保信号为方波且幅值为5V ；第二，485/TTL转换器、TTL/485转换器和多路转换器均有信号地和电源地两种不同地线，两种地线混接会导致输出方波信号有较大杂波干扰；第三，光学传感器触发线一端连接在光学传感器3的外部触接口上，另一端接在TTL信号源上，接在信号源一端分别要接信号线和信号地线，注意绿色线接信号线紫色线接信号地线，接反可能会导致触发时序错误甚至损坏光学传感器3。
[0105]3.4)引入软件时延，调试光学传感器3的参数。
[0106]光学传感器曝光时序图如图6所示，光学传感器3的外部触发方式为上升沿触发。当信号发生器5输出的方波信号到来时，触发信号首先经过传输线的时延，再然后是光学传感器3为响应触发信号的光学传感器时延。由于信号的传输距离不同，因此必然会存在传输线时延。同时由于各个光学传感器3之间存在差异,光学传感器3米集时的响应时延也无法消除。为抵消上述两种时延造成的光学传感器3采集不同步问题，可以为不同光学传感器人为引入时间延迟。
[0107]首先对Streampix5.0软件进行设定,在其中的setting选项,将采集图像的自动命名方式加入图像采集时刻，由此我们可以根据图片上的时间标签判断所有光学传感器3是否在同一时刻采集图像。设定光学传感器3采集的帧速率以及曝光时间，然后进行一次图像采集。
[0108]采集完成后，记录每个光学传感器3在同一方波信号下的图像采集时刻，以延迟最大的光学传感器3为基准，对其他光学传感器3加入软件延迟。
[0109]加入软件延迟的方法为:勾选底层驱动软件FlyCapture2.0中的package delay选项，再选中顶层图像采集软件Streampix5.0中的trigger delay选项，并按照try anderror的计算方法,为trigger delay选项选择合适的参数，以保证阵列内部的每个光学传感器的采集时刻之间的误差值小于1ms。
[0110]3.5)在本发明宽基线多阵列光学探测系统同步采集的基础上，利用Streampix5.0采集一组图像，对比27个光学传感器3采集到的图像，确保本发明宽基线多阵列光学探测系统没有丢帧情况。针对帧速率较高引发的丢帧现象，需调整底层驱动FlyCaptUre2.0软件中的dragpackage参数,利用FlyCapture2.0对单一光学传感器3监视。
[0111]根据FlyCapture2.0的显示调整dragpackage参数的大小,直到显示的图像无丢中贞情况为止。记下调整后的dragpackage参数,找到顶层图像采集软件Streampix5.0中对应的dragpackage参数，保证两个软件中的参数一致即可。最后，根据场景的亮暗情况对光学传感器3的光圈、白平衡等参数微调，使得在顶层StreampiX5.0软件监视看到的图像色彩与亮度比较合适，即不超出光学传感器的动态范围，这样就完成了本实施例宽基线多阵列光学探测系统的构建。
[0112]使用该实施例中构建的宽基线多阵列光学探测系统进行图像采集，主、副阵列光学系统采用不同的曝光时间，从而实现高动态成像，两个副阵列光学系统2在同一时刻采集的图像分别如图8a和图Sb所示；同步采集的主阵列光学系统I采集的图像如图Sc所示，恢复后的动目标图像如图8d所示；由图8d可见，本发明的宽基线多阵列光学探测系统融合多阵列、多曝光、多视角图像实现了高动态成像，具有解决运动模糊的能力。
[0113]本发明针对机载光学探测系统高空工作环境，以远距离探测同时满足大视场、高分辨、高动态和多视角要求为目标。有效克服了传统吊舱结构的机载光学探测系统观测视场小，目标信息少，光学视场和分辨率相互矛盾等缺点，明显改善了复杂环境下对目标的检测、跟踪、识别和态势估计精度，对机载光学探测系统的发展有重要的意义。
【权利要求】
1.宽基线多阵列光学探测系统，其特征在于，包括设置在飞机上的主阵列光学系统(I)、副阵列光学系统(2)、服务器⑷和信号发生器(5)； 所述的主阵列光学系统(I)设置在飞机机身下方，所述的副阵列光学系统(2)分别设置在飞机的两个机翼下方，所述的主阵列光学系统(I)与每个副阵列光学系统(2)均包括若干个光学传感器(3), 所述的主阵列光学系统(I)通过第一集线装置连接到服务器(4)，所述的每个副阵列光学系统(2)均通过第二集线装置连接到同一个服务器(4)，所述的主阵列光学系统(I)与每个副阵列光学系统(2)均通过触发电路连接到信号发生器(5)。
2.如权利要求1所述的宽基线多阵列光学探测系统，其特征在于，所述的主阵列光学系统(I)与每个副阵列光学系统(2)之间均采用远距离布置，所述的主阵列光学系统(I)以及两个副阵列光学系统(2)中的每个光学传感器(3)均对准同一个光学大视场。
3.如权利要求1或2所述的一种宽基线多阵列光学探测系统，其特征在于，所述的主阵列光学系统(I)和两个副阵列光学系统(2)内部的每个光学传感器(3)均采用集中式布置和同光心布置。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的宽基线多阵列光学探测系统，其特征在于，在飞机载荷允许的条件下，所述的主阵列光学系统(I)中光学传感器(3)的数量与每个副阵列光学系统(2)中的光学传感器(3)的数量相同。
5.如权利要求1所 述的宽基线多阵列光学探测系统，其特征在于，所述的第一集线装置包括若干个一级节点出)，每个所述的一级节点(6)连接有主阵列光学系统(I)中的三个光学传感器(3),所述的每个一级节点(6)连接到同一个二级节点(7),所述的二级节点(7)连接到服务器(4)。
6.如权利要求1或5所述的宽基线多阵列光学探测系统，其特征在于，所述的第二集线装置包括若干个一级节点出)，每个所述的一级节点(6)连接有副阵列光学系统中的三个光学传感器(3),所述的每个一级节点(6)连接到同一个二级节点(7),所述的二级节点通过依次设置的转换器、千兆网、转换器和1394总线连接到服务器(4)。
7.如权利要求1所述的宽基线多阵列光学探测系统，其特征在于，所述的触发电路包括与主阵列光学系统(I)的光学传感器触发线连接的转换器A(8)，所述的转换器A(8)通过依次设置的多路转换器I (9)、转换器B(10)连接到信号发生器(5)的低频信号接口， 所述的每个副阵列光学系统(2)的光学传感器触发线均连接有转换器C(Il)，所述的每个转换器C(Il)均连接到同一个多路转换器II (12)上，所述的多路转换器II (12)通过转换器D (13)连接到信号发生器(5)的高频信号接口。
8.如权利要求7所述的宽基线多阵列光学探测系统，其特征在于，所述的转换器A(S)和转换器C(Il)的型号均为1?-485/1'11，转换器8(10)和转换器D(13)的型号均为TTL/RS-485。
9.如权利要求1所述的宽基线多阵列光学探测系统的设置方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施: 步骤1，在服务器⑷上安装底层驱动软件FlyCaptUre2.0和顶层图像采集软件Streampix5.0 ； 步骤2，通过主阵列光学系统(3)与两个副阵列光学系统(2)进行第一次图像采集，采集完成后，将主阵列光学系统的曝光时间与每个副阵列光学系统的曝光时间之比调整为8:1~3:1，将主阵列光学系统的帧速与每个副阵列光学系统的帧速之比调整为8:1~3:1 ； 步骤3，由信号发生器(5)输出两种同相位不同频率的方波，其中的高频方波信号触发主阵列光学系统(I)，其中的低频方波信号触发两个副阵列光学系统(2); 步骤4，光学传感器(3)采集时间的同步调整: 步骤4.1,在顶层图像采集软件Streampix5.0的setting选项中,将采集图像的自动命名方式加入图像采集时刻； 步骤4.2，通过主阵列光学系统(I)与两个副阵列光学系统(2)进行第二次图像采集，采集完成后，即得到同一阵列内的每个光学传感器(3)在同一方波信号下的图像采集时亥IJ，以延迟最大的光学传感器(3)为基准，对其余的光学传感器(3)进行延时调整； 步骤4.3，重复步骤4.2，直到阵列内不同光学传感器(3)之间图像采集时刻的误差小于Ims为止； 步骤5，经步骤4对光学传感器(3)采集时间的同步调整后，再通过主阵列光学系统(I)与两个副阵列光学系统(2)进行第三次图像采集，对比每个光学传感器(3)采集到的图像， 若图像中出现丢帧现象，则调整底层驱动软件FlyCapture2.0中的参数dragpackage的数值为X，使得采集到的图像无丢帧现象，再将顶层图像采集软件StreampiX5.0中对应的dragpackage参数的数值也调整为X ； 若该图像中无丢帧现象，则无需调整； 步骤6，经过步骤5的调整之后，再根据第三次采集到的图像的场景亮暗情况，对每个光学传感器(3)的光圈、白平衡等参数进行微调，使得第三次采集到的图像的色彩与亮度不超出光学传感器(3)的动态范围，即完成宽基线多阵列光学探测系统的构建。
10.如权利要求9所述的设置方法，其特征在于，所述的步骤4.2中，对其余的光学传感器延迟调整的具体方法为: 勾选底层驱动软件FlyCapture2.0中的package delay选项，再选中顶层图像采集软件Streampix5.0中的trigger delay选项，为trigger delay选项选择合适的参数，以保证阵列内部的每个光学传感器的采集时刻相同。
【文档编号】G01V8/20GK104076407SQ201410298201
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】刘流, 赵春晖, 潘泉, 张夷斋, 潘利源, 吕洋, 马鑫, 席庆彪, 薛松, 胡亮, 吕鑫 申请人:西北工业大学