CN103512728B - 全范围多光轴一致性标定装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电技术领域，公开了一种全范围多光轴一致性标定装置和方法。该装置包括：数据处理组件、旋转轴系、平行光管组件和可调反射镜；其中，所述平行光管组件和所述可调反射镜安装在所述旋转轴系的旋转臂上，所述可调反射镜与所述平行光管组件的光学窗口对应设置。本发明的装置结构简单、易于实现，且标定方法操作简单，可快速标定光电设备大部分视场范围内的静态和动态多光轴一致性。

Description

全范围多光轴一致性标定装置和方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，更具体地说，涉及一种全范围多光轴一致性标定装置和方法。

背景技术

随着光学传感技术的发展，尖端的光电设备可以完成的功能越来越丰富，当前很多大型光电设备能同时完成传感、测量、跟踪等多项任务。这些大型光电设备通常由多个光学子***组成，比如新型的航空机载光电设备一般同时具备红外传感器、可见传感器和激光测距等多个子***，此外集激光测距、激光制导照射、可见光成像和热成像等为一体的多光电传感器***在各种现代化装备平台(如直升机光电吊舱、潜艇光电桅杆、车载光电稳瞄装备等)上也得到了广泛的应用。

由于多个光学子***的多个传感器同时对同一目标进行探测，要想使探测结果准确，多光轴一致性是多传感器光电设备正常运行的基本保证。因此，光轴一致性成为多光轴光电装备的一个重要参数，尤其动态一致性是影响其跟踪、瞄准、测距能力的关键，必须进行标定。

目前现有技术中已知的多光轴一致性标定装置和方法多用于静态一致性标定，且难以覆盖光电设备视场全范围，不能满足快速标定动态多光轴一致性、全范围多光轴一致性的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何简单快速地标定光电设备大部分视场范围内的静态和动态多光轴一致性。

为解决上述技术问题，一方面本发明提供了一种全范围多光轴一致性标定装置，所述装置包括：数据处理组件、旋转轴系、平行光管组件和可调反射镜；其中，

所述平行光管组件和所述可调反射镜安装在所述旋转轴系的旋转臂上，所述可调反射镜与所述平行光管组件的光学窗口对应设置。

优选地，所述平行光管组件包括多光谱光源、星点靶板、分色镜、次反射镜、主反射镜、衰减片和近红外CCD。

优选地，所述星点靶板的靶心位置与所述近红外CCD面心位置互相共轭。

优选地，所述平行光管组件中：所述次反射镜和所述主反射镜的中心轴重合且通过所述分色镜的面心，所述次反射镜和所述分色镜分别设置在所述主反射镜的两侧，所述主反射镜的中心开有通孔。

优选地，所述主反射镜为凹面镜，所述次反射镜为凸面镜。

优选地，所述多光轴包括：长波红外光、中波红外光、近红外光和可见光。

另一方面，本发明还同时提供一种利用如上所述的装置进行多光轴一致性标定的方法，所述方法包括步骤：

提供准直光形成的点源目标，调整可调反射镜角度，将被测光电设备方位、俯仰两轴旋转中心置于准直光光锥顶点位置，操作被测光电设备探测点源目标；

控制旋转轴系旋转，使得点源目标相对于准直光光锥顶点做圆周运动，操作被测光电设备跟踪点源目标，并辐射激光；

控制平行光管组件的近红外CCD感应被测光电设备辐射激光，数据处理组件计算激光光斑偏离近红外CCD面心的位置，并结合解算旋转轴系控制点源目标运动的不同位置，计算出被测光电设备在某一特定视场范围内的瞄准光轴与激光轴的动态一致性。

优选地，所述方法还包括步骤：

改变可调反射镜角度，并重复前述步骤，计算出在被测光电设备在另一特定视场范围内的瞄准光轴与激光轴的动态一致性。

优选地，所述方法还包括步骤：

多次重复前述步骤，计算出在被测光电设备大部分视场范围内的瞄准光轴与激光轴的一致性；

建立起被测光电设备视场范围内不同位置点处对应的瞄准光轴与激光轴的一致性对照表。

优选地，所述瞄准光轴包括：长波红外光、中波红外光、近红外光和可见光。

与现有技术相比，本发明提供了一种全范围多光轴一致性标定装置和方法，可以在视场全范围内快速标定光电设备。本发明的装置结构简单、易于实现，且标定方法操作简单，可快速标定光电设备大部分视场范围内的静态和动态多光轴一致性。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中全范围多光轴一致性标定装置的结构示意图；

图2是图1中平行光管组件内部组成框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，在本发明的一个实施例中，全范围多光轴一致性标定装置包括：数据处理组件100、旋转轴系200、平行光管组件300和可调反射镜400；其中，平行光管组件300和可调反射镜400安装在旋转轴系200的旋转臂上，平行光管组件300提供准直光源并接收辐射光线，可调反射镜400与平行光管组件300的光学窗口对应设置，调整准直光源反射角度和辐射光线的接收角度。优选地，平行光管组件300设置在旋转臂的旋转轴心附近，可调反射镜400设置在旋转臂的末端，旋转轴系200转动旋转臂控制准直光源的运动方向、速度和角速度。

在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，平行光管组件300包括多光谱光源301、星点靶板302、分色镜303、次反射镜304、主反射镜305、衰减片306和近红外CCD307，其中星点靶板302靶心位置(即准直光源焦心位置)与近红外CCD307面心位置(即焦心位置)互相共轭。

其中，平行光管组件300多光谱光源301用于提供模拟点目标；多光谱光源301可以采用卤素灯；多光谱光源301辐射光透过星点靶板302，经过分色镜303透射、次反射镜304反射、主反射镜305反射，辐射出准直光，为被测光电设备提供多光谱点目标。具体地，次反射镜304和主反射镜305的中心轴重合且通过分色镜303的面心，次反射镜304和分色镜303分别设置在主反射镜305的两侧，主反射镜305的中心开有通孔以便让光源发出的激光通过。优选地，主反射镜305为凹面镜，次反射镜304为凸面镜。

旋转轴系200用于搭载平行光管组件300并提供位置和运动速度可控的点源目标。其中，旋转轴系200电机带动旋转臂做速度可调的圆周运动，平行光管组件300辐射出的准直光经可调反射镜400发射，形成位置、速度可控的点源目标，通过调整可调反射镜400的反射角度，从而调整准直光光锥角度，使得点源目标覆盖被测光电设备大部分视场范围。

此外，平行光管组件300中的近红外CCD307用于探测被测光电设备视场范围内不同区域激光轴的相对位置。具体地，被测光电设备利用可见光或者红外探测、跟踪点源目标后，辐射出激光，经过平行光管主反射镜305初次反射、次反射镜304二次反射、分色镜303三次反射、再经衰减片306衰减透射，在近红外CCD307上成像并输出激光光斑图像。

数据处理组件100用于快速计算被测光电***视场全范围光轴一致性。其中，数据处理组件100计算激光光斑偏离近红外CCD307面心的位置，并结合解算旋转轴系控制点源目标运动的不同位置，从而快速计算出在被测光电设备大部分视场范围内的瞄准光轴与激光轴的静/动态一致性。

本发明的技术方案中，通过增加高精度的旋转轴系，将平行光管组件安装在旋转轴系的旋转臂上，控制其旋转为待测光电设备提供运动点目标。操作待测光电设备跟踪该运动点目标并辐射激光，数据处理组件实时计算激光光斑在平行光管组件近红外CCD上的偏离面心的位置，以及激光辐射时运动点目标相对于待测光电设备的方位、俯仰角度，从而标校出待测光电设备在某一特定视场范围内的瞄准光轴与激光轴的动态一致性。此外，本发明中增加了可调反射镜；通过调整可调反射镜的角度，形成不同的准直光光锥角，为待测光电设备提供覆盖不同视场范围的运动点目标。利用可调反射镜的调整进行重复测试，从而标校出待测光电设备在全视场范围内的瞄准光轴与激光轴的动态一致性。

本发明提供了方位、俯仰角度和运动角速度可控的运动点目标，并且可以实时计算瞄准光轴与激光轴的偏差，从而可完成光轴一致性的动态标定。通过提供可覆盖待测光电设备不同视场范围的运动点目标，完成了光轴一致性的全视场范围动态标定，并且建立起精确的待测光电设备视场范围内不同位置点处对应的瞄准光轴与激光轴的一致性对照表。进一步地，该对照表可用于待测光电设备跟踪瞄准算法的优化，从而提高待测光电设备在其视场大部分范围内对动态目标的激光测距的准测率。

相应地，采用本发明的全范围多光轴一致性标定装置进行动态一致性标定，以标定长波红外轴(即准直光源提供的瞄准光轴为长波红外波段)与激光轴偏差为例，标定方法包括步骤：

1.打开多光谱光源301，调整可调反射镜角度400，例如确定角度为β，将被测光电设备方位、俯仰两轴旋转中心置于准直光光锥顶点位置，此时半锥角为α，操作被测光电设备长波红外探测点源目标；

2.控制旋转轴系200旋转，使得点源目标相对于准直光光锥顶点做圆周运动，操作被测光电设备长波红外跟踪点源目标，并辐射激光；

3.控制平行光管组件300近红外CCD307探测被测光电设备辐射激光，数据处理组件100计算激光光斑偏离近红外CCD307面心的位置，并结合解算旋转轴系200控制点源目标运动的不同位置，从而快速计算出在被测光电设备在某一特定视场范围内的长波红外轴与激光轴的一致性；

4.改变可调反射镜角度，例如确定角度为β′，那么此时半锥角为α′，重复前3个步骤，可计算出在被测光电设备在另一特定视场范围内的长波红外轴与激光轴的一致性；

5.多次重复前面4个步骤，即可计算出在被测光电设备大部分视场范围内的长波红外轴与激光轴的一致性，建立起被测光电设备视场范围内不同位置点处对应的长波红外轴与激光轴的一致性对照表。

使用中波红外或可见光等传感器探测跟踪点源目标，重复上述方法，即可建立起被测光电设备视场范围内不同位置点处对应的中波红外轴或可见光轴与激光轴的一致性对照表。

另外，静态一致性的标定可以很方便的操作，相关专业技术人员都清楚，此处不在赘述。

本发明公开了一种全范围多光轴一致性标定装置和方法，可以在视场全范围内快速标定光电设备。与现有技术相比，本发明解决以下技术问题：

1.完成多光轴动态一致性标定；

2.完成对光电设备大部分视场范围的多光轴一致性标定；

3.实时计算出多光轴一致性标定结果。

本发明的装置结构简单、易于实现，且标定方法操作简单、快捷准确，可快速标定光电设备大部分视场范围内的静态和动态多光轴一致性。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种全范围多光轴一致性标定装置，其特征在于，所述装置包括：数据处理组件、旋转轴系、平行光管组件和可调反射镜；其中，

所述平行光管组件和所述可调反射镜安装在所述旋转轴系的旋转臂上，所述平行光管组件设置在旋转臂的旋转轴心附近，所述可调反射镜设置在旋转臂的末端，所述可调反射镜与所述平行光管组件的光学窗口对应设置；

所述平行光管组件包括多光谱光源、星点靶板、分色镜、次反射镜、主反射镜、衰减片和近红外CCD。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述星点靶板的靶心位置与所述近红外CCD面心位置互相共轭。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述平行光管组件中：

所述次反射镜和所述主反射镜的中心轴重合且通过所述分色镜的面心，所述次反射镜和所述分色镜分别设置在所述主反射镜的两侧，所述主反射镜的中心开有通孔。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述主反射镜为凹面镜，所述次反射镜为凸面镜。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多光轴包括：长波红外光、中波红外光、近红外光和可见光。

6.一种利用如权利要求1-5中任一项所述的装置进行多光轴一致性标定的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

提供准直光形成的点源目标，调整可调反射镜角度，将被测光电设备方位、俯仰两轴旋转中心置于准直光光锥顶点位置，操作被测光电设备探测点源目标；

控制旋转轴系旋转，使得点源目标相对于准直光光锥顶点做圆周运动，操作被测光电设备跟踪点源目标，并辐射激光；

控制平行光管组件的近红外CCD感应被测光电设备辐射激光，数据处理组件计算激光光斑偏离近红外CCD面心的位置，并结合解算旋转轴系控制点源目标运动的不同位置，计算出被测光电设备在某一特定视场范围内的瞄准光轴与激光轴的动态一致性。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

改变可调反射镜角度，并重复前述步骤，计算出在被测光电设备在另一特定视场范围内的瞄准光轴与激光轴的动态一致性。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

多次重复前述步骤，计算出在被测光电设备大部分视场范围内的瞄准光轴与激光轴的一致性；

建立起被测光电设备视场范围内不同位置点处对应的瞄准光轴与激光轴的一致性对照表。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述瞄准光轴包括：长波红外光、中波红外光、近红外光和可见光。