手持望远镜稳像系统设计

论文总字数：33397字

摘 要

随着光学技术和电子技术的发展，望远镜为更加精细地观察世界提供了无限可能。然而，与此同时，由于望远镜精度的提升，望远镜的稳像系统设计的需求也日益显著。望远镜的放大作用在放大影像的同时，也会把手的微小抖动放大，导致光线偏转而成像不清晰。于是，为了排除抖动干扰，清晰成像，望远镜的防抖系统成为了望远镜不可或缺的组成部分。

本文对影像稳定系统的实现方案进行了多项对比和具体分析，设计了一种低能耗的光学防抖稳像系统，实现了主要针对小型光学望远镜的防抖设计。论文介绍了这种设计方案中光学防抖的基本原理，并且在此基础上，完成了光学防抖系统从硬件设计到软件控制的整体实现方案设计，实现了手持望远镜的防抖功能的需求。

这种稳像系统主要通过陀螺仪对手持望远镜的微小抖动进行检测，然后通过控制系统控制补偿镜片的移动以补偿由于手的抖动导致的光线角度偏移，从而实现望远镜的防抖功能。论文中给出了根据光学稳像防抖系统设计方案的硬件电路的具体设计，然后经过系统软件的设计，通过执行逻辑功能和控制算法，从而实现了手持望远镜的稳像系统的具体实现。

关键词：手持望远镜，光学防抖，稳像系统

DESIGN OF THE IMAGE-STABILIZATION SYSTEM

FOR HAND-HELD TELESCOPE

Abstract

As optical technology and electronic technology rapidly developing, it makes possible to observe the world with telescope more meticulously. However, at the same time, due to the excellent accuracy of the telescope nowadays, the demand for the image-stabilization of telescope has become more and more indispensable. While the magnifying effect of telescope allows us observing small objects, it also enlarges the tiny jitter, resulting in light deflection and imaging blur. Therefore, in order to eliminate jitter interference to obtain a clear image, the Anti-Shake system has become an essential part of telescope.

In this paper, with comparison and analysis of several kinds of image-stabilization system, an optical image-stabilization system with low energy consumption is designed. This kind of system is focused on Anti-Shake design for small optical telescope. This design scheme make the basic principle of optical-image-stabilization into apply, and on this basis, the paper achieve the specific hardware design and software design of optical Anti-Shake system and realize the demand of Anti-Shake function for hand-held telescope.

As introduced in paper, the stabilization system of hand-held telescope is mainly realized by gyroscope, which is used to detect the slight vibration of telescope, and then the control system to control the movement of the compensation lens to compensate the light angle offset caused by handshaking. Furthermore, the paper offers the specific hardware circuit design to realize the image-stabilization and then provide the software design, which contains logic function and control algorithm, to finally achieve the aim of the image-stabilization of hand-held telescope.

KEYWORDS: hand-held telescope, optical Anti-Shake, image-stabilization system.

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.1.1 课题研究意义 1

1.1.2 稳像系统解决方案 1

1.1.3 研究现状 2

1.2 望远镜影像稳定技术的发展现状 2

1.2.1 影像稳定技术概况 2

1.2.2 影像稳定技术种类 3

1.2.3 影像稳定技术在望远镜上的应用现状 4

1.3 论文章节安排 4

第2章 稳像系统方案设计 5

2.1 望远镜概述 5

2.1.1 望远镜基本结构 5

2.1.2 望远镜基本原理 6

2.2 光学防抖 7

2.2.1 光学防抖基本原理 7

2.2.2 光学防抖抖动补偿计算 8

2.2.3 光学防抖控制模型 11

2.3 稳像系统总体设计 11

第3章 稳像系统硬件设计 13

3.1 硬件电路总体设计 13

3.2 传感器电路 14

3.2.1 L3G4200D陀螺仪 14

3.2.2 传感器电路设计 14

3.2.3 信号放大电路设计 15

3.3 微控制器电路 16

3.3.1 MSP430系列芯片 16

3.3.2 MSP430F2274单片机结构特点 17

3.3.3 主控电路设计 19

3.4 驱动电路 20

3.4.1 µPD16805 20

3.4.2 驱动模块电路设计 21

3.5 电源模块 22

3.6 硬件设计成果 23

第4章 系统软件设计 25

4.1 软件设计概述 25

4.1.1 编程方式选择 25

4.1.2 开发环境选择 25

4.1.3 软件设计原则 26

4.2 MSP430F2274单片机内部资源 26

4.2.1 中央处理单元 26

4.2.2 系统复位和初始化 27

4.2.3 工作模式 27

4.3 软件整体架构 28

4.3.1 主程序流程 28

4.3.2 初始化模块 30

4.3.3 A/D转换模块 31

4.3.4 PWM波形输出 32

4.4 程序具体设计 33

4.4.1 时钟初始化 33

4.4.2 陀螺仪 33

4.4.3 A/D转换 33

4.4.4 控制量计算 34

4.4.5 驱动控制 35

4.4.6 主程序 36

4.5 软件设计成果 36

第5章 总结与展望 38

5.1 总结 38

5.2 不足与改进 38

参考文献 40

致谢 41

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