主页 > 电热杯 >

一种眇小型光电探测器计划

浏览1574 好评 0 点赞105

  一种微小型光电探测器设计_电子/电路_工程科技_专业资料。第4 1 卷第5 期 2 0 1 5年 9月 光 学 技 术 Vo 1 . 4 1 No . 5 S e p . 2 0 1 5 0P TI CAL

  第4 1 卷第5 期 2 0 1 5年 9月 光 学 技 术 Vo 1 . 4 1 No . 5 S e p . 2 0 1 5 0P TI CAL TE CHNI QUE 文 章 编 号 :1 0 0 2 — 1 5 8 2 ( 2 0 1 5 ) 0 5 — 0 4 7 7 — 0 4 一 种 微 小 型 光 电探测 器 设 计 王 洪友 ,苏崇涛 ,唐林 波。 ( 1 .白城兵器试验 中心 ,吉林 白城 1 3 7 0 0 1 ) ( 2 . 北京信息技术研究所 , 北京 1 0 0 0 9 4 ) ( 3 .北京 理工大学 信息与 电子学院 , 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘 要: 针对现有 的反狙击手探测设备体 积较 大的缺点 , 设计 了一种微 小型 光电探测器 , 采用基 于 S o P C的处 理 电 路, 通过小型化设计与低功耗设计 , 使得整机重量小于 l k g , 整机功 耗小 于 5 w, 可直接安 装在 狙击枪上 使用 。同时具备 昼夜 瞄准与探测的能力 , 最远探测距 离可达 1 k n, i 探测到敌方狙击手后 , 可立即进行打击 , 大大增 加了作战实用性 。 关 键 词: F P GA; S o P C;反狙击 ; 光 电探 测器 文献标识 码 : A 中图分类号 : TN9 1 1 . 7 3 De s i g n o f a t i ny o p t o - e l e c t r o ni c de t e c t o r WA N G H o n g y o u ,SU Ch o n g t a o ,TA N G L i n b o 。 ( 1 .Ba i c h e n g Or d n a n c e Te s t Ce n t e r o f Ch i n a ,B a i c h e n g 1 3 7 0 0 1 ,Ch i n a ) ( 2 .B e i j i n g I n s t i t u t e o f I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y , B e i j i n g 1 0 0 0 9 4 , C h i n a ) ( 3 .D e p a r t me n t o f E l e c t r o n i c s a n d I n f o r ma t i o n ,B e i j i n g I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y ,B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ,C h i n a ) Ab s t r a c t :Th e e x i s t i n g s n i p e r d e t e c t o r s a r e a l l t o o l a r g e t o b e u s e d c o n v e n i e n t l y .A t y p e o f t i n y o p t o - e l e c t r o n i c d e t e c — t o r i s d e s i g n e d t o s o l v e t h e p r o b l e m .Th e p r o c e s s i n g c i r c u i t i s b a s e d o n S y s t e m o n a P r o g r a m ma b l e Ch i p( S o P C) ,a n d i s o p t i mi z e d d i r e c t i n g a t v o l u me a n d p o we r d i s s i p a t i o mTh e we i g h t o f t h e wh o l e d e t e c t o r i s l e s s t h a n l k g ,a n d t h e p o we r d i s s i p a t i o n i S l e s s t h a n 5 W ,S O t h e d e t e c t o r c a n b e mo u n t e d o n t h e s n i p e r r i f l e .I t c a n b e u s e d t O c o l l i ma t i o n a n d d e t e c t s n i p e r a t d a y a n d n i g h t . Th e ma x i mu m d e t e c t i n g d i s t a n c e i s f u r t h e r t h a n 1 k n. Af i t e r d e t e c t e d e n e my s n i p e r ,t h e s o l d i e r c a n f i r e a t o n c e ,s o t h e p r a c t i c a b i l i t y o f t h e o p t o - e l e c t r o n i c d e t e c t o r i S e n h a n c e & Ke y wo r d s :f i e l d p r o g r a mma b l e g a t e a r r a y ;s y s t e m o n a p r o g r a mm a b l e c h i p;a n t i — s n i p e r ;o p t o - e l e c t r o n i c d e t e c t o r 0 引 言 白光枪 瞄镜 、 望远 镜 、 夜视仪 、 摄 像 机 等 光 学 设 备, 在 受到激 光 照 射 时 , 光 线会 按 原 路 反 射 , 其 反 射 波 强 度通 常 比漫反射 回波高 2 ~4个数 量级 [ 1 ] , 这 种 1 0 0 0型激 光 反 狙 击 手 探 测 系 统 , 重量为 2 k g , 体 积 为 1 8 5 mm ×1 7 5 mm ×9 5 mm, 探 测距离 l O 0 0 m; 西 安 应用 光学 研究 所研 制 的反 狙击手 光 电探测 仪重 量 为1 . 7 k g , 体积 为 1 8 5 mmX1 6 0 mmX6 2 mm, 探测 距 离 2 0 0 m ̄ 。 效应称为“ 猫眼效应” 。利用这一效应 , 可以研制 出 反 侦 察与 反狙 击设备 。 目前 国 内外均有 较 多类 似设 备, 有机载 、 舰载、 车载、 手 持 等多 种 类 型 , 其 中最 轻 便 的是手 持 型 。如加 拿 大 NE WC ON 公 司 的 L A 收稿 日期 :2 0 1 4 - 1 0 — 2 8 ; 收到修 改稿 日期 :2 0 1 5 - 0 1 — 2 0 即使是 目 前最轻便的手持式反狙击手探测器 , 也 必 须 由一人 进行 双手 操作 , 仅具 备探 测告 警功 能 。 探测 到 目标后 , 无法 立 即进行 打击 , 需要 操 作者旁 边 配一 名狙 击手 对 目标进 行打 击 。但是 如果 目标距 离 E - ma i l :2 7 0 7 9 4 7 2 @q q . c o n r 作者简介 :王洪友 ( 1 9 7 5 一) , 男, 工程师 , 硕士 , 从事光电成像与探测技术研究 。 4 7 7 光 学 技 术 第4 1 卷 较远 , 狙 击手通 过 瞄准镜并 不 能观察 到 目标 , 仅 知道 大致 方位 , 则无 法 进 行 准 确 打击 。本 文 的 目的是 设 别, 容 易产生 较 高 的 虚警 率 。党 二 升等 _ 4 ] 提 出 了一 种基 于压缩感 知 的“ 猫 眼 目标 ” 识别算法 , 不 适合 硬 计一种微小型光电探测器 , 可装在狙击枪上使用, 具 件实现 。李丽等I 5 ] 提出了一种基于纹理特征的识别 算法 , 以连续六帧为一个处理周期 , 在手持情况下无 法识别 目标 。为 了达 到实 时 处理 的 目的 , 算 法应 考 虑适合 硬件 实现 。本 系统采 用 的 目标识别 算法 流程 如 图 2所示 。 备瞄准与探测一体化功能 , 具有探测到 目标后立即 进 行 打击 的能力 。 1 光 电探 测器 原 理 光 电探 测器 系统组 成如 图 1 所示 。 … 系统 可 手持 使 用 , 也 可安 装 在 固定 支架 如 三脚 匿巫囡 ] 架上使用 。安装在 固定支架上使用 时称 为固定模 式 。在 固定模式 下 , 对 连续 三组 主被 动 图像 的处 理 结果 进行 相关 , 若 三组 结 果 中 目标 在 同 一 位置 则 认 为是 真 目标 , 否 则剔 除 。这样可 以 降低 虚警 率 , 因为 真 实 目标 在短 时 间 内是不 会发 生变化 的。而手 持使 … 恼圈埋瓣 图 1 光电探测器 系统组成框 图 系统 采 用 激光 主被 动成 像 方式 自动识 别 目标 , C C D( C h a r g e — c o u p l e d De v i c e ) 输 出为标准 的 P AL 用时 , 由于手的抖动造成相邻帧图像存在偏移 , 不能 进 行相 关操作 。 ( P h a s e Al t e r n a t i n g L i n e ) 制模拟视频信号 , 激 光 发 射与 C C D场频 信号 同步 , 且 为间隔发 射 。有激 光照 射 的视频 帧称 为 主动 帧 , 无 激光 照射 的视频 帧称 为 为 了进一 步 降低 虚 警率 , 在 面积 与形 状 判 断之 后, 进行 轨迹 关联 。即检 测 出疑似 目标后 , 对 疑似 目 被动帧 。对于背景而言 , 几乎全部为漫反射, 主动图 像 与被 动 图像 差别 较小 。而 对于具 有 “ 猫 眼效 应” 的 目标而 言 , 主动 图像 与 被 动 图像 存 在 明显 差 异 。系 统 通过 主动 图像与 被动 图像 的差异 自动识 别 目标并 进 行 圈定 告警 。 标进行轨迹关联 , 真正的 目标应该在连续多次处理 结果 中存在 面积 、 形状 及 位 置 的相 关 性 。如 果 某个 疑似 目标在 连续 多次处 理结 果 中面积 、 形状 , 特别是 位置变化较大, 则判断为虚假 目 标。 中值滤波与均值滤波是为了消除差分图像中的 噪声干 扰 。算法 中最 关 键 的 步骤 为 二 值 化 , 阈值 选 取是否 合适 直接 影响识 别概 率与 虚警概 率 。本 系统 采用基 于 直方 图统计 的 自适 应 阈值 分 割算法 。具 体 步骤 如下 : 图1 中, 图像处理与控制电路接收 C C D模拟信 号, 并进 行 AD ( An a l o g — t o - D i g i t a 1 ) 转换 , 转 换后 的 数 字 图像输 出到 F P GA ( F i e l d P r o g r a mma b l e Ga t e Ar r a y ) 或D S P( Di g i t a l S i g n a l P r o c e s s o r ) 等 数 字信 号 处理 器件 进行 目标 识 别 处 理 , 并 将处 理 结 果 叠 加 1 )对滤波 后 的差分 图像进 行直 方 图统计 ; 到原始 图像上 , 输出到显示屏上显示 。图像处理与 控 制 电路 除 了进 行 目标 识 别 外 , 还 要进 行 系 统 时 序 控制 。主要 是控 制激 光发 射 的时 刻 和发 射 功 率 , 激 光发射时刻 与 C C D场频信号 同步。仅在 主动 图像 中C C D曝 光 的时刻发 射激光 , 可 在较小 的 占空 比下 探测 到 目标 , 使 得系 统平均 功率 大大 降低 。 由于在 不 同环 境 下 , 探测 到 同样距 离 的 目标 所 需 的激光 功率存 在 较 大差 别 , 所 以对 激 光功 率 进 行 控制 也有利 于减小 系 统 功耗 , 并 能 延 长 激光 器 使 用 2 )对直方 图进行从高往低 累加 , 选出 N 个最 亮 的点 ; 3 )累加 到 N 时 , 对应 的灰度 即为 阈值 。 N 的取值 与激 光功率 有关 。一般 在近距 离 或环 境光 较弱 时 , 采 用较 低 的激光 功率 即可 产 生较 大 光 斑; 而在 远 距 离 或 环 境 光 较 强 时 , 即使 激 光 功 率 较 高, 目标 光斑 也会 比较 小 。 由于 激光 功 率 是 操作 者 手 动控制 的 , 因此 , 可 以根 据实 际情 况对激 光 功率进 行 调节 , 在调节好激光功率后 , 』 \ , 值 自动 确 定 。 另 寿命 。 微光 C C D可在 光线 很 弱 的环 境 中进 行 清 晰 成 像, 如仅有 月光 或星 光 的夜 间环 境 , 这 样可 以使 得系 统 能在夜 间使 用 。 外, N值还与视场角有关 。在本系统 中, 根据实际测 试, 在低 功率 下 , N取值 1 5 0 0 ; 中功率下 , N 取 值 1 0 0 0 ; 高 功率 下 , N 取值 5 0 0 。具备 同时探测 3个 以 上猫 眼 目标 的能力 。 2 “ 猫眼 目标" 识别算法 武 东生等 。 提 出 了一 种基 于激 光主 动照射 成像 的“ 猫 眼 目标 ” 识别 算 法 , 该 算 法仅 采 用 相 邻 两 帧进 3 实验结果 分别 对近距 离 目标和远 距离 目标 进行 了探测 实 验, 处 理结 果如 图 3和 图 4所示 。 图 3为 近距 离 目 标, 图 4为远距 离 目标 。 行 差分 并取 绝对值 , 再 经 阈值 分 割 后进 行 简 单 的 判 4 7 8 光 学 技 术 第 4 1 卷 像不打激光_ 5 ] 。这样 占空 比为 5 o , 激光器平均功 耗为 5 W, 将 大大 降低 电池 使用 时 间 。 如第 2节所 述 , 本系统 将激 光器 发射与 C C D场 频信 号 同步 , 仅在 C C D 曝光 的时刻 发射激 光 。仅 在 控制电路 I “ — —— 1— — —— 一 M FLAS H S R A — t r C C D I I l 1 佻 一 1. I — FP GA 主 动 图像 奇 场 与偶 场 各 发 射 3 ms激 光 , 对于 P AL 制视 频 而 言 , 帧频 为 2 5 Hz , 即一 帧 的周 期 为 4 0 ms , 一 ( s op c ) 激光 器 L I 组主被 动 图像周 期 内( 8 0 ms ) 仅 需发 射 6 ms 激光 , 图5 图像处理与控制电路组 成框 图 即使在激光器功率最高时, 平均功率也仅为 6 ×l o / 8 0 =0 . 7 5 W 。而通过 手动 调节 , 在 目标 距离 不太 远 、 环境光 线 较 弱 的情 况 下 , 最 低 仅 需 6×0 . 5 / 8 0 — 0 . 0 4 W功 耗 。 如 图 5所示 。 其中S D R AM 主 要 存 放 嵌 入 式 C P U 的程序 , 4 . 2 . 2 激 光器 电源设计 S R A M 用于 F P G A 中部分算法的缓存 , F L A s H 为 F P GA 的配置 F L AS H, 用 于 掉 电后 存 储 F P GA 的 配置 文件及 C P U 程序 。 对 于半 导体 激光 器而言 , 需要 电流 源为其 供 电 。 与 电压型 电源一样 , 电流型 电源也 分 为两种 : 一种 是 6 结 论 线性电流源, 一种是 开关 电流源。线性 电流源的优 点是 纹波 小 、 无 过冲 , 缺点是 效率 低 。而开关 电流 源 的优 点是效 率高 , 但纹波较大, 在 受脉 冲控 制 时 , 开 关 瞬间会 产生 正 向或 负 向过 冲 , 易 损 坏半 导 体 激 光 器。 通过 小 型化 与 低 功耗 设计 , 使 得 系 统 总重 量小 于 l k g , 整机 功耗小 于 5 W, 可安 装在 狙击枪 上使 用 。 具备 昼夜 瞄准 与光 电探 i 贝 0 功能 , 最 远 探测 距 离 可 达 1 k n, i 可大 大提 升作 战性能 。 参 考文 献 : [ 1 5 赵勋杰 , 等. 基 于“ 猫 眼” 效应 的激光侦察 技术及其 在军 事上 的 应用 E J ] .光学技术, 2 0 0 3 ( 6 ) , 2 9 ( 4 ) : 4 1 5 —4 1 7 . Z h a o X J , e t a 1 .Te c h n i q u e o f a c t i v e l a s e r r e c o n n a i s s a n c e a n d t h e 本 系统 采 用 开 关 型 电流 源 器 件 L T3 7 6 3 , 采 用 D A( d i g i t a l — y o - a n a l o g ) 控 制 电流 源 的电流 输 出控 制 脚c T RL l 。在 电 流 源 需 要 开启 时 , 由F P G A 控 制 D A 产生 一个 缓 慢 上 升 的 电 压 , 电流 源 输 出 电流 在 1 0 0 F s 内缓慢 上 升 到所 需 要 的 电流 。同样 , 在 电流 源关 断时 , 也由 F P GA控 制 D A, 在 1 0 0 F s内缓慢 下 降到 0 。这样 就不 会产 生正 向和 负 向过 冲 了 。 对 于纹 波 较 大 的问 题 , 主要 通 过合 理 选 择开 关 a p p l i c a t i o n s i n t h e mi l i t a r y[ J ] .Op t i c a l Te c h n o l o g y ,2 0 0 3 ( 6 ) , 29 ( 4) :4 1 5 — 4 1 7 . [ 2 ] 杨耿 , 等.基于“ 猫 眼效应” 的狙击手光电探测仪 [ J ] . 应用光 学, 2 0 1 0( 9 ), 3 1( 5 ): 8 6 O 一8 6 3 . Y a n g G,e t a 1 .S n i p e r d e t e c t o r b a s e d o n c a t e y e e f f e c t [ J ] .J o u r — n a l o f Ap p l i e d Op t i c s ,2 0 1 0( 9 ) , 31 ( 5) :8 6 O 一 8 6 3 . 频率 、 滤波 电容 与 电感 的值 来 减 小 纹 波 。 由于是 照 明激光 , 对 纹 波并没 有很严 格 的要求 , 以不 影 响激光 器 寿命 为前提 。最 终设计 的纹 波不超 过输 出电流 的 5 即可 。 [ 3 ]武东生, 等.猫眼效应 回波 的动 态成像探测 与 目标识别 [ J ] .光 学学报, 2 0 1 3 ( 8 ) , 3 3 ( 8 ) : 1 —6 . Wu D S,e t a 1 . Dy n a mi c i ma g i n g d e t e c t i o n a nd t a r g e t r e c o g ni — t i o n f o r c a t - e y e e f f e c t e c h o [ J ] .Ae t a Op t i c a S i n i c a , 2 0 1 3 ( 8 ) , 3 3 ( 8 ):1 —6 . 4 . 2 . 3 F P G A 器件 选择 [ 4 ]党二升, 等.激光探测 “ 猫 眼” 效应 目标识 别算法 [ J ] .航 空科 学 技术 , 2 0 1 1 , ( 6 ) : 5 9 —6 2 . Da n g E S,e t a 1 .La s e r d e t e c t i o n c a t - e y e e f f e c t t a  ̄e t r e c o g n i t i o n Al t e r a 公司与 X i l i n x公 司 的 F P GA 均 分 为 高 性能与低成本低功耗等几个 系列, 本系统采用 A l — t e r a 公司的 C y c l o n e I V系列的 E P 4 C E 5 5 , 全 速 运行 时, F P GA 的 功 耗 仅 1 . 5 W 左 右 。 整 板 功 耗 小 于 3 W 。 a l g o r i t h m [ J ] .A e r o n a u t i c a l S c i e n c e& T e c h n o l o g y , 2 0 1 1 , ( 6 ) : 5 9 — 6 2 . E s ]李 丽 , 等.基于纹理特征 的“ 猫 眼” 效应 目标 识别方法 r J ] .光 子 学报 , 2 0 1 3 ( 8 ) , 4 2 ( 1 ) : 1 一l 1 . Li L? e t a 1 . A r e c o g n i t i o n me t h o d o f“ c a t - e y e ”e f f e c t t a r ge t 5 图像处理与控制 电路组成 根据 前 面几节 论述 , 图像 处理 与控制 电路 组成 b a s e d o n t e x t u r e c h a r a c t e r [ J ] . A e t a P h o t o n i c a S i n i c a , 2 0 1 3 ( 8 ) , 4 2( 1 ):l 一 1 1 . 4 8 0

本站文章于2019-11-01 02:27,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:一种眇小型光电探测器计划
已点赞:105 +1

上一篇:

下一篇:



关于我们

  • 关于我们
  • 品牌介绍
  • 诚聘英才
  • 联系我们

学生/家长

  • 帮我选学校
  • 帮我选专业
  • 投诉/建议

教育机构

  • 如何合作
  • 联系方式

其他

  • 投稿合作
  • 权利声明
  • 法律声明
  • 隐私条款
全国统一客服电话
4006-023-900
周一至周六 09:00-17:00 接听
IT培训联盟官方公众号
扫描访问手机版
家电维修|北京赛车pk10