采用MSP430单片机的自动调焦控制系统在经纬仪上的应用

　　0　引言

　　光电经纬仪是现代靶场进行弹道测量的重要光测设备。经纬仪对空中目标进行跟踪测量时,目标与经纬仪的相对位置不断发生变化,造成目标像点离焦,影响成像质量,因此,提高光电经纬仪的成像质量,对目标跟踪测量具有重要意义。自动调焦是根据设备的相关信息,沿光轴方向改变物面的位置,自动调整目标像点的位置,使其始终位于焦面上,以获得最佳的成像质量,从而提高对目标的捕获与跟踪能力。因此,自动调焦技术成为保证经纬仪成像质量的关键技术[1-5]。传统的调焦机构采用旋转步进电机和旋转电位器组成,由于电位器与丝杠、丝杠与电机之间存在齿轮传动空回,因此,调焦精度很难保证。为提高调焦精度,

　　本文采用MSP430LF169单片机作为经纬仪自动调焦系统的控制核心,采用直线电位器作为位置测量器件,采用直线电机作为系统执行电机,实现了光电经纬仪的自动调焦控制,该系统工作稳定可靠、功耗低、调焦精度高。

　　1　自动调焦方法

　　目前自动调焦方法主要有:传统程序控制法、光电自准直法和图像处理法等。其中,光电自准直法调焦操作复杂,不能实现很好的控制。图像处理法原理是CPU通过光学镜头和CCD采集到一系列的数字图像,对每一帧图像进行实时处理,判断对焦是否准确,成像是否清晰,并给出反馈信号控制镜头的运行,直到采集到的图像符合使用要求,即完成自动调焦[6]。但这种自动调焦方法对计算机硬件提出了较高的要求,并且其处理的算法针对不同性质的图像有着不同的表现,需要选择合适的评价函数[7-8]。因此,对于实时性要求较高的光电经纬仪来说,其可实行性很差。在现有的调焦方法中,光电经纬仪常采用传统程序控制法来实现自动调焦。该方法要在不同时刻、温度、距离等条件下,利用光学设计和实验数据,用数据拟合的方法,得出调焦量计算公式。根据计算公式编制相应的控制程序。当系统工作时,根据环境温度值和距离信息等参数,利用编制的控制程序来调整目标像点的位置,使其始终位于焦面上,以获得最佳的成像质量。该方法简单、易行,虽然只能考虑到有限几个因素对焦点位置变化的影响,但在实际应用中取得了良好效果。

　　2　系统的硬件设计

　　图1为系统自动调焦工作原理框图,系统通过调整相机位置来达到调整目标像点与主焦面重合。采用精密线绕电位器检测相机的位置,单片机根据电位器的电压值、温度值与距离信息等参数进行运算,得出误差电压值。如果误差电压不等于零,单片机送出驱动脉冲,经功率模块驱动电机转动,通过机械传动带动相机移动,同时也带动检测电位器向减小误差电压的方向移动,直至误差趋近于零,系统处于平衡状态。