معايرة التركيز البؤري والتعويض السريع لنسبة التكبير العالية لعدسة التكبير المستمر بالأشعة تحت الحمراء - تصميم نظام التحكم البرمجي
في المقالة السابقة، قدمنا بالتفصيل طريقة التركيز البؤري لعدسة الأشعة تحت الحمراء ذات التكبير المستمر مع تصميم دائرة الأجهزة ذات نسبة التكبير الكبيرة. ستقدم هذه المقالة على وجه التحديد تصميمًا فعالاً آخر لنظام التحكم في برنامج طريقة التركيز البؤري. كل من هاتين الطريقتين البؤريتين تجعل عدسة الأشعة تحت الحمراء ذات التكبير المستمر ذات نسبة التكبير الكبيرة يمكنها تعديل التركيز البؤري للهدف بشكل فعال.
من أجل تحقيق تعويض التركيز البؤري بسرعة في عملية التكبير/التصغير، يتم فصل عملية التكبير/التصغير وتعويض التركيز البؤري والتحكم فيهما بواسطة وحدتي MCU، وذلك لتقليل وقت التحكم في الحلقة المغلقة وزيادة أخذ العينات أثناء الحركة المتزامنة للتكبير والتصغير. التعويض البؤري. الدقة تلبي متطلبات التعويض في الوقت الحقيقي للبؤرة الجزئية.
بالإضافة إلى ذلك، من أجل تحسين موثوقية تعويض درجة الحرارة، من الضروري استخدام التدرج الرمادي للصورة للتحقق، وفي نفس الوقت جمع قيمة موضع التعويض الحالي لإشارة التزامن لكل إطار.
معايرة بؤرية
تعتمد معايرة التركيز البؤري طريقة الاستيفاء المزدوج الخط. ولتسهيل البحث والاستيفاء تم اعتماد بنية البيانات التالية:
بنية typedef
{U16 بيانج_v［2][26]; // موضع التكبير/التصغير لنقطة درجة حرارة محددة، باستخدام بيانات العمود المزدوج
s16 tiaoj_v[2][26]; // المقابلة لقيمة التعويض في موضع التكبير/التصغير، باستخدام بيانات العمود المزدوج
s16 zxtiaoj_v; // قيمة التعويض عند الحد الأدنى للبعد البؤري
s16 zdtiaoj_v; // قيمة التعويض عند الحد الأقصى للبعد البؤري
u8 mark_v[2][26]; // الرقم التسلسلي المطابق لكل موضع، من السهل العثور عليه
u8 coef1[2]; // معامل التناسب لمقياس التركيب الخطي
u8 coef2[2]; // معامل التناسب لمقياس التركيب الخطي
}buchangvalue;
buchangvalue xdata ybdwdata[25];// حدد 25 نقطة درجة حرارة ضمن درجة حرارة العمل
نظرًا لأن مسار كاميرا التكبير المكاني من البعد البؤري القصير والطول البؤري الطويل جدًا ومنحنى معالجة التباطؤ من البعد البؤري الطويل إلى البعد البؤري القصير به أخطاء في المعالجة. يظهر منحنى الكامة في الشكل 1. وفي نفس الموضع، يؤدي الخطأ المورفولوجي للمنحنيات الأمامية والخلفية إلى اختلاف عرض الكامة.
عندما يكون الأمام والخلف في نفس الموضع، يكون الموضع الفعلي مختلفًا قليلاً، مما يؤدي إلى عدم تناسق التركيز البؤري. يمكن لطريقة تعويض الخط المزدوج أن تقضي بشكل فعال على خطأ التباطؤ في التصنيع وتعديل التجميع للكاميرا الفضائية.
(أ) منحنى الكاميرا الفضائية النظري
(ب) منحنى الحدبة الفضائية للتصنيع الفعلي
الشكل 1: منحنى كاميرا الفضاء
تعتمد عملية المعايرة طريقة المعايرة عبر الإنترنت، من -45 درجة مئوية إلى 75 درجة مئوية، والمعايرة مرة واحدة كل 5 درجات مئوية، بإجمالي 25 نقطة معايرة لدرجة الحرارة، ويتم تركيب قطاعات درجة الحرارة الأخرى عن طريق الاستيفاء. هذه الطريقة ليست مناسبة فقط لإعداد نقطة درجة الحرارة في صندوق درجة الحرارة ولكن يمكنها أيضًا تصفية نقاط التغيير المفردة في أقسام درجات الحرارة المختلفة قدر الإمكان.
يمكن لكل شريحة درجة حرارة تخزين ما يصل إلى 26 نقطة، ويمكن تخزين الخط المزدوج تخزين 52 نقطة (لا تشمل نقطتي النهاية)، بالنسبة لـ (50 مرة عدسة تكبير مستمرة 13.2～660) بشكل طبيعي، يمكنك ضبط 10～16 نقطة لكل عمود. تناسب المنحنى بدقة.
يتم ترتيب بيانات كل هيكل بترتيب قيمة البعد البؤري للتكبير/التصغير من الصغير إلى الكبير، مما يمكن أن يوفر وقت البحث أثناء التعويض، ويمكن إكمال التعويض بشكل أسرع في عملية التكبير/التصغير. يظهر خط تركيب التعويض في الشكل 2.
(أ) منحنى تركيب التعويض متعدد الحدود من الدرجة الثانية عند -30 درجة مئوية
(ب) منحنى تركيب تعويض الخط المستقيم عند -30 درجة مئوية
الشكل 2: تركيب التعويض
يستخدم الشكل 2 (أ) طريقة المربعات الصغرى لتناسب كثيرات الحدود من الدرجة الثانية، وتكون الدقة أعلى نسبيًا. يستخدم الشكل 2 (ب) تركيب الخط المستقيم، والذي يتميز بدقة أقل قليلاً، ولكن يمكن تعويضه عن طريق زيادة نقطة الإدراج.
من أجل تقليل الحساب، يتم استخدام التحفيز المباشر لملاءمة منحنى التعويض، ويتم تخزين معامل القياس لكل قطعة في متغير معامل القياس في بنية البيانات. coef1[0][ ] يخزن القيمة الصحيحة للتسلسل الموجب، coef2[0][ ] يخزن القيم العشرية ذات الترتيب الموجب، coef1[1][ ] يخزن القيم الصحيحة ذات الترتيب العكسي، coef2[1][ ] يخزن القيم العشرية ذات الترتيب العكسي القيم، يمكن لهذه الطريقة توفير مساحة تخزين أكبر من تخزين أرقام الفاصلة العائمة.
تعتمد قيمة التعويض على مزيج من القيمة المرجعية وقيمة التعويض الموقعة، وهو أمر مناسب لمحاذاة جدول التعويض عن طريق تغيير القيمة المرجعية بعد استبدال المشفر أو مقياس الجهد.
يتم استبدال نقطة الضبط بالطرق الثلاث التالية
(1) بالنسبة لنقطة الموضع البؤري القصيرة (أقل من 250 قيمة طول بؤري)، تكون نقطة الضبط ضمن ±8؛ بالنسبة لنقطة الموضع البؤري الوسطى (قيمة البعد البؤري 250-550)، تكون نقطة الضبط ضمن ±4؛ نقطة الموضع البؤري البعيدة (أكبر من 450 قيمة طول بؤري)، محددة ضمن ±2. يتم استبدال النقاط في هذا النطاق مباشرة.
(2) تستخدم جميع البيانات طريقة الوارد أولاً يخرج أولاً. إذا كانت نقاط الضبط اللاحقة أكبر من 26، فستظهر قيمة المجموعة الأولى بالترتيب. تُستخدم هذه الطريقة لإعادة ضبط القيمة بعد تآكل العدسة.
(3) منحنى قيمة التعويض هو منحنى يتغير باستمرار، وهناك القليل من التغييرات المفاجئة. بعد تعيين نقطة التعويض، هناك طريقتان للتركيب، إحداهما هي الملاءمة الصارمة وفقًا لنقطة الضبط، والأخرى هي تصفية نقطة التغيير المفردة المناسبة، والتي يمكن أن تقضي على النقطة الخاطئة في الإعداد.
عندما يتم تعيين نقطة تعويض درجة الحرارة، يتم تخزين كل نقطة ضبط مدرجة في ذاكرة الوصول العشوائي الداخلية للرقاقة. فقط بعد ضبط جميع النقاط على درجة الحرارة هذه ويكون منحنى المعايرة طبيعيًا، يمكن تخزينها في FLASH.
عند تشغيل الطاقة، ثم القراءة في ذاكرة الوصول العشوائي، يمكن تسريع البحث في جدول التعويض، وحساب الاستيفاء، والتحكم في حركة التعويض. يتم ترتيب نقاط ضبط درجة الحرارة بترتيب قيمة البعد البؤري من الصغيرة إلى الكبيرة. إذا كان عدد نقاط الضبط يمكن أن يلبي التركيز البؤري الكامل لعدسة التكبير المستمر، فليست هناك حاجة لتعيين المزيد من النقاط.
Parfocality التعويض السريع
أثناء عملية التكبير/التصغير، تقوم وحدة التحكم المساعدة MCU (GD32E103T) بإرجاع قيمة التكبير الحالية إلى وحدة التحكم الرئيسية MCU (GD32F450I) في الوقت الفعلي.
تحدد وحدة التحكم الرئيسية موضع نقطة التعويض وفقًا لقيمة درجة الحرارة المعايرة وقيمة البعد البؤري.
إذا كانت درجة الحرارة الحالية هي 27 درجة مئوية وقيمة البعد البؤري 70 مم، حيث يتم تخزين نقاط التعويض 25 ± 1 درجة مئوية و30 ± 1 درجة مئوية فقط، استخدم أولاً الاستيفاء أحادي الخط لحساب قيمة التعويض للنقطة M عند البعد البؤري 30°70 مم، ثم احسب قيمة التعويض لنقطة الاستيفاء N للبعد البؤري عند 25°70 مم، وأخيرًا احسب قيمة التعويض للنقطة P من خلال M وN.
إذا كانت درجة الحرارة الحالية قريبة من نقطة الضبط (على سبيل المثال، 30 ± 1 درجة مئوية)، فسيتم استخدام تعويض الاستيفاء أحادي الخط مباشرة.
أثناء عملية التكبير/التصغير، وفقًا لقيمة ردود الفعل الحالية للتكبير/التصغير، يحتاج جزء التحكم في التعويض إلى المعالجة المسبقة وضبط موضع محرك التعويض. ومن خلال التعاون مع محرك التكبير/التصغير، يمكنه ضمان إمكانية استدعاء النقطة البعيدة عن التركيز مرة أخرى في الوقت المناسب. تكون الصورة الناتجة واضحة نسبيًا أثناء عملية التكبير.
وفقًا لنقاط الموضع المخزنة لكل مقطع والمعامل التناسبي للخط المستقيم المناسب لنقطة الموضع، يتم تحديد قيمة التعويض لنقطة الموضع التالية مسبقًا من خلال طريقة y=a*x+b.
وفي عملية التكبير من البعد البؤري 82 مم إلى البعد البؤري 510 مم، يمر التعويض عبر 4 خطوط مستقيمة مناسبة، ويتم تحديد قيمة التعويض وفقًا لمعادلة الحركة لكل خط مستقيم. على سبيل المثال، في القسم AB، يكون مسار التكبير/التصغير هو AK، ومسار التعويض هو KB.
يعتمد محرك التعويض خوارزمية تحكم مزدوجة الحلقة، حيث تكون حلقة الموضع هي الحلقة الرئيسية، وتكون حلقة السرعة مفيدة لتعويض سرعة المحرك والقيادة عند درجات حرارة عالية ومنخفضة.
نظرًا لأن عدسة التكبير المستمر لديها نطاق درجة حرارة تشغيل أكبر، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة، فإن لزوجة زيت التشحيم ذو درجة الحرارة المنخفضة تصبح أكبر، ويتطلب الأمر قوة دفع أكبر للمحرك لدفع الحمل.
لذلك، يمكن استخدام حلقة الموضع لضبط موضع التعويض بسرعة في درجة حرارة الغرفة. في درجات الحرارة العالية والمنخفضة، تكون هناك حاجة إلى حلقة سرعة لضبط معلمات PID، وذلك لضمان عدم انحشار المحرك عند درجات حرارة منخفضة وتجاوزه عند درجات حرارة عالية، وبالتالي التحكم في وقت ضبط المحرك.
بسبب خطأ تأخير أخذ العينات، يوجد خطأ منهجي بين موضع التعويض والموضع الفعلي. من أجل القضاء على هذا الخطأ، يجب إضافة طريقة التحكم في النبض في نهاية التحكم ثنائي الحلقة، وهذه الطريقة عبارة عن توقف عابر. عندما يتم إيقاف أخذ العينات، يمكن التخلص من خطأ أخذ العينات الديناميكي.
فحص التركيز البؤري
في عملية التعويض، بالإضافة إلى معالجة الصور الرقمية، تحتاج دائرة FPGA أيضًا إلى إخراج قيمة التدرج الرمادي المحسنة الحالية وفقًا للإطار. وفقًا لإشارة تزامن الإطار، تقوم شريحة التحكم الرئيسية بحفظ قيمة موضع التكبير/التصغير المقابلة وقيم التعويض المختلفة مع تردد الإطار في نفس الوقت. هيكل البيانات المعتمد هو كما يلي:
بنية typedef
{U16 بيانج_v[2]; // قيمة التكبير
U16 buchang_v[2][100]; // المقابلة لقيمة التعويض عند موضع التكبير/التصغير باستخدام بيانات العمود المزدوج
U32 tidu_v[2][100]; // قيمة التدرج الرمادي
}قيمة جياويان;
jiaoyianvalue xdata jydata;// حدد 25 نقطة درجة حرارة ضمن درجة حرارة العمل
بالنسبة لقيمة التدرج الرمادي، يتم أيضًا استخدام عمودين من البيانات لتمثيل التسلسل الإيجابي (من البعد البؤري القصير إلى البعد البؤري الطويل) والتسلسل العكسي (من البعد البؤري الطويل إلى البعد البؤري القصير) على التوالي. إذا فشل التعويض، فيمكن تحديد موضع قيمة التعويض الحالية وفقًا لقيمة التدرج الرمادي المقابلة.
المقابلة لإطار الصورة، أثناء عملية التعويض، تزداد قيمة التدرج الرمادي بشكل رتيب، وعندما يتوقف التعويض، تكون قيمة التدرج الرمادي قريبة من الحد الأقصى للتدرج الرمادي، مما يعني أن التعويض طبيعي.
إذا لم تتغير قيمة التدرج الرمادي وفقًا لما ورد أعلاه، فإن التغيير المنتظم، يشير إلى أن الهدف ليس ضمن نطاق تصوير العدسة (الهدف قريب جدًا من العدسة).
في ظل هذه الحالة، إذا كنت تريد صورة واضحة، فأنت بحاجة إلى ضبط محرك التعويض لتعويض الموضع، ولا يتوافق الموضع المعوض مع الموضع العادي الذي تمت معايرته. في هذا الوقت، إذا كان من الممكن العثور على أقصى موضع رتيب في قيمة التدرج الرمادي المقابلة، فسيتم التحكم في المحرك مباشرة للانتقال إلى موضع القيمة المحدد في وضع التحكم ثنائي الحلقة.
إذا لم يكن هناك موضع أقصى رتيب في قيمة التدرج الرمادي، فيمكن استخدام خوارزمية تسلق التل لإكمال التعويض البؤري اللاحق. يمكن إيقاف تشغيل طريقة التحقق المستندة إلى التدرج الرمادي للصورة، ولن يتم حساب رمز الفرع لهذا الجزء بعد إيقاف تشغيله.
يتكون التركيز البؤري لعدسة التكبير المستمر بالأشعة تحت الحمراء ذات نسبة التكبير الكبيرة من ثلاثة أجزاء، وهي إعداد التركيز البؤري عبر الإنترنت، وتعويض التركيز البؤري السريع، والتحقق من التركيز البؤري. أثناء المعايرة البؤرية، تكون درجة الحرارة هي العنصر الأساسي، لذا تأكد من أن قيمة درجة الحرارة ثابتة، ويتم اعتماد طريقة التجميع متعددة النقاط لتقليل خطأ جمع درجة الحرارة.
يعتمد تعويض التركيز البؤري على طريقة تحديد الموضع، ويعتمد التركيز البؤري التلقائي على طريقة التدرج الرمادي للصورة. كل عدسة من عدسات الأشعة تحت الحمراء ذات نسبة التكبير الكبيرة والتكبير المستمر قريبة جدًا من نقطة التركيز. تم اعتماد خوارزمية التركيز التلقائي، ووقت التركيز يتراوح بين 1.2 و2 ثانية. نظرًا لأن التركيز التلقائي قد تجاوز عملية التبديل، فلا يمكن تجنب وقت التبديل. لذلك، من الصعب أن يكون وقت التركيز التلقائي أقل من 1.2 ثانية.
التعويض البؤري لا يوجد لديه تعديل تخفيف. بالنسبة للموضع القريب من التركيز، يكون وقت التعويض قصيرًا جدًا، بشكل أساسي بين 0.3 إلى 0.7 ثانية.
دقة التعويض (دقة موضع معايرة درجة الحرارة تصل إلى 98%) تشبه دقة التركيز البؤري التلقائي. يمكن للتعويض البؤري لدرجة الحرارة أن يعوض بشكل فعال وسريع ضبابية الصورة الناتجة عن معالجة الأجزاء الميكانيكية، وأخطاء ضبط التجميع، وتغيرات درجة الحرارة أثناء عملية التكبير/التصغير.
عندما تكون درجة الحرارة المحيطة مستقرة بشكل أساسي (35 درجة مئوية)، اختبر تجربة وقت التعويض في مواضع تكبير مختلفة. وبما أن القيمة المقاسة مرتبطة بالوضع الحالي والوضع السابق، فإذا كان الفرق بين الوضعين صغيراً، يكون وقت التعويض أقصر، والعكس صحيح. وقت التعويض طويل نسبيا.
يمكن أن نرى من نتائج التجارب المذكورة أعلاه أنه في هذا الوضع، يمكن التحكم في دقة التعويض ضمن رموز ± 2، وهو أمر غير مهم بالنسبة لدقة التركيز.
طالما أن نقطة المعايرة تلبي متطلبات الدقة، يمكن للتعويض أن يحقق بدقة التركيز البؤري للعدسة في ظل ظروف درجات الحرارة المختلفة. يتم تقليل وقت التعويض من 1.2 إلى 2 ثانية للتركيز البؤري التلقائي إلى حوالي 0.575 ثانية، وهو ما يمكن أن يلبي متطلبات تتبع المستخدم.
يمكن لمعايرة التركيز البؤري وتعويض التركيز البؤري ضمان التركيز البؤري لعدسة الأشعة تحت الحمراء ذات التكبير المستمر مع نسبة تكبير كبيرة في درجات حرارة مختلفة، والتأكد من قدرة العدسة على إجراء عمليات مستمرة مثل التتبع والبحث عن الهدف.
لقد تم التحقق من هذه التقنية في العديد من المنتجات، وتتمتع بموثوقية عالية، ولها آفاق تطبيق جيدة في عدسات التكبير المستمر بالأشعة تحت الحمراء ذات نسبة التكبير الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال خوارزمية العمل المنسقة لمحرك التكبير والتعويض قيد التحسين.
العدسة التكبير المستمر بالأشعة تحت الحمراءيمكن لتصميم وتصنيع Quanhom تحقيق أهداف تركيز فعالة في ظل ظروف بيئية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، إذا كنت تريد معرفة المزيد عن عدسات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء بعد قراءة ما ورد أعلاه، فسوف تقدم لك شركة كوانهوم إجابة احترافية وشاملة.
كشركة مصنعة محترفة لالمكونات الكهروميكانيكية البصرية، نحن ملتزمون بإنتاج العديد من عدسات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (بما في ذلك LWIR وMWIR وSWIR). لدينا فريق إنتاج ذو خبرة ونظام صارم لفحص الجودة لإجراء اختبارات وفحوصات صارمة على جودة منتجاتنا، والتي نالت الثناء بالإجماع من العديد من العملاء. نحن دائمًا نضع احتياجات العملاء في المقام الأول ويمكننا أن نقدم للعملاء تكنولوجيا الحلول الفعالة والخدمة الشاملة المدروسة، إذا كنت مهتمًا بعدسة التكبير المستمرة بالأشعة تحت الحمراء، فيرجى الاتصال بنا على الفور!