CN104570580A - 一种空间分布式相机视轴夹角测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种空间分布式相机视轴夹角测试方法，利用高精度二维转台、定制三面反射棱镜、精密测角仪、高精度定位与误差补偿装置搭建测试***。通过二维调整工装，将定制的三面反射棱镜安装到高精度二维转台的俯仰旋转轴端，并用精密测角仪对三面反射棱镜进行自准直。调整二维调整工装使精密测角仪对三面反射镜自准直时均有视数。旋转转台并调整平行光管空间位置，使各台相机的视轴依次与平行光管的光轴调整平行，存储精密测角仪对三面反射镜自准直的测量数据，计算得到待测相机视轴夹角。该技术可适用于空间分布式遥感相机视轴夹角测试，可实现优于3″的测试精度。在三线阵相机集成测试中得到应用，且经过在轨检验。

Description

一种空间分布式相机视轴夹角测试方法
技术领域
本发明属于航天光学遥感器技术领域，可适用于立体测绘相机等空间分布式相机视轴夹角的精密测试。
背景技术
传输型大比例尺立体测绘相机通常为两线阵或三线阵的形式，由两台或三台测绘相机组成，且两台或三台相机之间呈空间夹角分布。这种相机构型要求在相机研制中必须精确标定两台或三台相机之间的交会角，其精度要求非常高，往往要求标定精度在5″以内。
以三台相机组成的三线阵相机为例，三台相机不共面，形成空间关系，三线阵相机的构型简图如图2所示。因此在进行视轴夹角的测试过程中，必须要求测试设备既要具有二维旋转功能，同时还需要具有二维平移功能。随着空间相机朝着长焦距、大口径的方向发展，因此相机的体积和自重均越来越大。如果研制一套高精度、大承载的四维测试设备则难度和规模非常大。这就需要在现有设备基础上探索新方法来实现空间分布式相机视轴夹角的精密测试。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种空间分布式相机视轴夹角测试方法，分别使用高精度二维转台、可实现高精度定位与误差补偿的平行光管来实现二维旋转和二维平移功能，利用三面反射棱镜和高精度光电测角仪来实现空间分布式相机视轴夹角的精密测试。
本发明的技术解决方案：一种空间分布式相机视轴夹角测试方法，包括以下步骤：
1)确定三面反射棱镜中相邻两个反射面之间的角度，使三面反射棱镜相邻反射面的夹角为180°-Φ；其中Φ为待测三线阵相机中相邻相机的视轴夹角设计值；
2)用精密测角仪测试出三面反射棱镜相邻反射面的两个夹角实际值θ、β；
3)待测三线阵相机置于二维转台上，将三面反射棱镜通过二维调整工装安装到二维转台的俯仰旋转轴端；调整二维调整工装使精密测角仪在测试过程中与三面反射棱镜的每个反射面自准直时，精密测角仪的水平、俯仰均有读数；
4)调节平行光管空间位置及待测三线阵相机的俯仰，在待测三线阵相机中前视相机与平行光管之间架设光电经纬仪，利用光电经纬仪将待测三线阵相机中前视相机的视轴与平行光管调整平行；
5)利用精密测角仪对待测三线阵相机中前视相机在三面反射棱镜中所对应的下反射镜面进行自准直，并记录精密测角仪自准直读数A(x1，y1)；
6)调节平行光管空间位置及待测三线阵相机的俯仰，在待测三线阵相机中正视相机与平行光管之间架设光电经纬仪，利用光电经纬仪将待测三线阵相机中正视相机的视轴与平行光管调整平行；
7)利用精密测角仪对待测三线阵相机中正视相机在三面反射棱镜中所对应的中反射镜面进行自准直，并记录精密测角仪自准直读数B(x2，y2)；
8)调节平行光管空间位置及待测三线阵相机的俯仰，在待测三线阵相机中后视相机与平行光管之间架设光电经纬仪，利用光电经纬仪将待测三线阵相机中后视相机的视轴与平行光管调整平行；
9)利用精密测角仪对待测三线阵相机中后视相机在三面反射棱镜中所对应的上反射镜面进行自准直，并记录精密测角仪自准直读数C(x3，y3)；
10)根据步骤2)中测量出的三面反射棱镜相邻反射面的两个夹角实际值θ、β，得到后视相机与正视相机的视轴实际夹角Φ1，以及前视相机与正视相机的视轴实际夹角Φ2；其中Φ1＝180°-θ+y3-y2，Φ2＝180°-β+y1-y2。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)针对空间分布式相机，创新性的提出将二维旋转与二维平移分开实现的方式对相机视轴夹角进行测试，解决了大承载、高精度的四维测试设备研制困难的难题，缩短了测试周期，节约了测试经费；(2)由于视轴夹角的测试精度对测绘卫星最终的绘图精度有直接关系，提高其测试精度具有重要意义。与传统的经纬仪测试方法相比，本发明可大幅提高空间分布式相机视轴夹角的测试精度，可实现优于3″的测试精度，满足大比例尺立体测绘相机的***集成需求；
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为待测相机构型简图；
图3为三面反射棱镜示意图；
图4为视轴夹角测试设备安装示意图。
具体实施方式
本发明的基本思路是：利用三面反射棱镜和高精度精密测角仪来实现空间分布式相机视轴夹角测试。测试设备的安装位置如图4所示，具体实施方式如下：
步骤(1)确定三面反射棱镜3中相邻两个反射面之间的角度，使三面反射棱镜3相邻反射面的夹角为180°-Φ；其中Φ为待测三线阵相机2中相邻相机的视轴夹角设计值；
步骤(2)用精密测角仪1测试出三面反射棱镜3相邻反射面的两个夹角实际值θ、β，如图3所示，θ、β即为相邻反射面夹角实际测试值，其测试精度为0.2″；
步骤(3)待测三线阵相机2置于二维转台5上，将三面反射棱镜3通过二维调整工装4安装到二维转台5的俯仰旋转轴端；调整二维调整工装4使精密测角仪1在测试过程中与三面反射棱镜3的每个反射面自准直时，精密测角仪1的水平、俯仰均有读数；
步骤(4)调节平行光管6空间位置及待测三线阵相机2的俯仰，在待测三线阵相机2中前视相机与平行光管6之间架设光电经纬仪，利用光电经纬仪将待测三线阵相机2中前视相机的视轴与平行光管6调整平行；
步骤(5)利用精密测角仪1对待测三线阵相机2中前视相机在三面反射棱镜3中所对应的下反射镜面进行自准直，并记录精密测角仪1自准直读数A(x1，y1)；
步骤(6)调节平行光管6空间位置及待测三线阵相机2的俯仰，在待测三线阵相机2中正视相机与平行光管6之间架设光电经纬仪，利用光电经纬仪将待测三线阵相机2中正视相机的视轴与平行光管6调整平行；
步骤(7)利用精密测角仪1对待测三线阵相机2中正视相机在三面反射棱镜3中所对应的中反射镜面进行自准直，并记录精密测角仪1自准直读数B(x2，y2)；
步骤(8)调节平行光管6空间位置及待测三线阵相机2的俯仰，在待测三线阵相机2中后视相机与平行光管6之间架设光电经纬仪，利用光电经纬仪将待测三线阵相机2中后视相机的视轴与平行光管6调整平行；
步骤(9)利用精密测角仪1对待测三线阵相机2中后视相机在三面反射棱镜3中所对应的上反射镜面进行自准直，并记录精密测角仪1自准直读数C(x3，y3)；
步骤(10)根据步骤2)中测量出的三面反射棱镜3相邻反射面的两个夹角实际值θ、β，得到后视相机与正视相机的视轴实际夹角Φ1，以及前视相机与正视相机的视轴实际夹角Φ2；其中Φ1＝180°-θ+y3-y2，Φ2＝180°-β+y1-y2。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (1)

1.一种空间分布式相机视轴夹角测试方法，其特征在于包括以下步骤：
1)确定三面反射棱镜(3)中相邻两个反射面之间的角度，使三面反射棱镜(3)相邻反射面的夹角为180°-Φ；其中Φ为待测三线阵相机(2)中相邻相机的视轴夹角设计值；
2)用精密测角仪(1)测试出三面反射棱镜(3)相邻反射面的两个夹角实际值θ、β；
3)待测三线阵相机(2)置于二维转台(5)上，将三面反射棱镜(3)通过二维调整工装(4)安装到二维转台(5)的俯仰旋转轴端；调整二维调整工装(4)使精密测角仪(1)在测试过程中与三面反射棱镜(3)的每个反射面自准直时，精密测角仪(1)的水平、俯仰均有读数；
4)调节平行光管(6)空间位置及待测三线阵相机(2)的俯仰，在待测三线阵相机(2)中前视相机与平行光管(6)之间架设光电经纬仪，利用光电经纬仪将待测三线阵相机(2)中前视相机的视轴与平行光管(6)调整平行；
5)利用精密测角仪(1)对待测三线阵相机(2)中前视相机在三面反射棱镜(3)中所对应的下反射镜面进行自准直，并记录精密测角仪(1)自准直读数A(x1，y1)；
6)调节平行光管(6)空间位置及待测三线阵相机(2)的俯仰，在待测三线阵相机(2)中正视相机与平行光管(6)之间架设光电经纬仪，利用光电经纬仪将待测三线阵相机(2)中正视相机的视轴与平行光管(6)调整平行；
7)利用精密测角仪(1)对待测三线阵相机(2)中正视相机在三面反射棱镜(3)中所对应的中反射镜面进行自准直，并记录精密测角仪(1)自准直读数B(x2，y2)；
8)调节平行光管(6)空间位置及待测三线阵相机(2)的俯仰，在待测三线阵相机(2)中后视相机与平行光管(6)之间架设光电经纬仪，利用光电经纬仪将待测三线阵相机(2)中后视相机的视轴与平行光管(6)调整平行；
9)利用精密测角仪(1)对待测三线阵相机(2)中后视相机在三面反射棱镜(3)中所对应的上反射镜面进行自准直，并记录精密测角仪(1)自准直读数C(x3，y3)；
10)根据步骤2)中测量出的三面反射棱镜(3)相邻反射面的两个夹角实际值θ、β，得到后视相机与正视相机的视轴实际夹角Φ1，以及前视相机与正视相机的视轴实际夹角Φ2；其中Φ1＝180°-θ+y3-y2，Φ2＝180°-β+y1-y2。2 -->
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