CN109729342A - 一种电视-红外成像***的视轴调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电视‑红外成像***的视轴调节方法，属于光电成像***技术领域。本发明所述方法基于校正模型在电视成像***及红外成像***中的投影图像，对电视成像***以及红外成像***的方位、俯仰以及高低进行调节，实现电视成像***的视轴与红外成像***的视轴平行，该方法适应性强，易于操作，造价低廉。另外，本发明所述调节方法中还可以借助图像分析软件对投影图像进行像素级别的分析、计算，实现在调节过程中参数的量化，而且调节后的电视‑红外成像***的光轴平行性精度较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种对电视-红外成像***的视轴平行性进行调节的方法，属于光电成像***技术领域。
背景技术
光轴平行性是电视-红外成像***的重要指标。为使电视成像***与红外成像***的测量具有一致性，应保证电视-红外成像***的光轴平行性保持在一定的精度之内。目前常用的光轴调节方法是野外测量法、平行光管法、五棱镜法和投影靶板法等，但是上述方法中存在着针对性较强、适应性差、精度低、操作困难诸多不利因素，而且调节过程中的指标很难量化判断，难以满足光轴一致性测试的高要求
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种电视-红外成像***的视轴调节方法，该方法基于校正模型在电视成像***及红外成像***中的投影图像，对电视成像***以及红外成像***的方位、俯仰以及高低进行调节，实现电视成像***的视轴与红外成像***的视轴平行，该方法适应性强，易于操作，造价低廉。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种电视-红外成像***的视轴调节方法，所述方法步骤如下：
(1)将校正模型放置在平台上；
所述校正模型由壳体、金属丝(截面形状为圆形)和十字板组成；
所述十字板是由两块厚度以及宽度均相等的金属板垂直交叉形成的，且两块金属板的相交线以及两块金属板宽度的中点线共线，两块金属板的长度可以相等也可以不相等但不少于50mm；以两块金属板的相交线作为z轴，两块金属板中与z轴垂直的线分别作为x轴、y轴；
壳体是一个封闭的实心结构，由透明的光学材料(如光学晶体、光学玻璃、光学塑料等)制成，其内部加工有分别与十字板以及金属丝形状相匹配的安装槽；
金属丝和十字板分别置于与其相对应的安装槽中，金属丝在十字板的下面且位于y轴与z轴所构成的平面内，并且金属丝与z轴平行；其中，x轴及z轴分别与地面平行，y轴与地面垂直
(2)将电视成像***放置在三轴调节装置上，并对校正模型中的金属丝投影成像，通过三轴调节装置调节电视成像***的方位、俯仰以及高低，使金属丝在电视成像***的靶面上的投影为圆形，实现金属丝与电视成像***的视轴(即电视成像***的靶面的中心线)重合，然后固定电视成像***，作为调节红外成像***的基准；
(3)将红外成像***放置在三轴调节装置上，并对校正模型中的十字板投影成像，通过三轴调节装置调节红外成像***的方位、俯仰以及高低，使十字板在红外成像***的靶面上的投影为一个宽度相等且宽度为最小值的十字形，实现红外成像***的靶面与十字板中x轴与y轴所构成的平面平行，则红外成像***的视轴(即红外成像***的靶面的中心线)与电视成像***的视轴平行，然后固定红外成像***，完成电视-红外成像***的视轴调节；
其中，电视成像***包括电视摄像机和镜头，红外成像***包括红外机芯和镜头，三轴调节装置是一个能够在方位、俯仰以及高低方向进行调节的装置。
进一步地，金属丝与两块金属板的材质相同。
进一步地，壳体为实心的圆柱体结构，十字板的y轴方向与圆柱体的轴向方向相同，优选y轴与圆柱体的中心轴线重合。
进一步地，两块金属板的厚度、宽度以及长度均相同，两块金属板的中心点重合且位于两块金属板的相交线上，优选金属板的中心点作为坐标轴的原点。
进一步地，两块金属板的长度为50mm～80mm。
步骤(2)中，若金属丝与电视成像***的靶面中心线重合，那么金属细丝在该靶面上的投影也应该为一个圆形，且圆心落在该靶面的中心点；若金属丝与该靶面中心线不重合，那么其在该靶面上的投影就应该是一个椭圆。用人眼实际观察难以分辨，可借助图像分析软件(如matlab软件)对金属丝的投影图像进行像素级的分析。将投影图像中由竖直方向两个最远的像素确定的直线作为竖直轴，由水平方向两个最远的像素确定的直线作为水平轴，通过调节电视成像***的位置(如方位、俯仰以及高低)，使投影图像的竖直轴和水平轴达到最小值，且两数值相等，则此时金属丝的投影图像为圆形，实现金属丝与电视成像***的视轴重合。
步骤(3)中，若红外成像***的靶面与十字板中x轴与y轴所构成的平面平行，结合校正模型的结构可知，红外成像***的视轴必然平行于金属丝，即与电视成像***的视轴也是平行的。若红外成像***的靶面与十字板中x轴与y轴所构成的平面不平行，由于十字板在z轴方向有一定长度，那么十字板在该该靶面上的投影图像的水平方向和竖直方向所占的像素行、列数不相等，且所占像素行数以及列数也不是最少的；若红外成像***的靶面与十字板中x轴与y轴所构成的平面平行，由于十字板的厚度相同，则十字板在该靶面上的投影图像的水平方向和竖直方向所占的像素行、列数相等，而且所占像素行数以及列数也是最少的，即十字板在该靶面上的投影应该是一个宽度相等且宽度为最小值的十字形。用人眼实际观察难以分辨，可借助利用图像分析软件(如matlab软件)对十字板的投影图像进行像素级的分析，并通过调节红外成像***的位置(如方位、俯仰以及高低)，使投影图像所占的像素行、列数达到最小值，且两数值相等，则此时该靶面与十字板中x轴与y轴所构成的平面平行，即实现红外成像***的视轴与电视成像***的视轴平行。
有益效果：
本发明所述方法基于校正模型在电视成像***及红外成像***中的投影图像，对电视成像***以及红外成像***的方位、俯仰以及高低进行调节，实现电视成像***的视轴与红外成像***的视轴平行，该方法适应性强，易于操作，造价低廉。另外，调节过程中可以借助图像分析软件对投影图像进行像素级别的分析、计算，实现在调节过程中参数的量化，而且调节后的电视-红外成像***的光轴平行性精度较高。
附图说明
图1为实施例1中所述校正模型的三维结构示意图。
图2为实施例1中所述校正模型的主视图。
图3为实施例1中所述电视成像***的三维结构示意图。
图4为实施例1中所述红外成像***的三维结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1
电视成像***包括电视摄像机和镜头，如图3所示；其中，电视摄像机的型号为日立KP-HD20A，镜头焦距为7.5mm～128mm(可连续变焦)，视频输出格式为高清数字视频HD-SDI，分辨率为1920×1080。
红外成像***包括红外机芯和镜头，如图4所示；其中，红外机芯的型号为FLIRTAU 640，镜头焦距为90mm/F1，分辨率为640×512，最小可分辨温差MRTD≤500mk，等效噪声温差NETD≤60mk。
对上述电视成像***的视轴与红外成像***的视轴进行平行性调节的步骤如下：
(1)制作校正模型，并将其放置在高平整度的光学平台上；
所述校正模型由壳体、金属丝(截面形状为圆形)和十字板组成；
所述十字板是由两块长80mm、宽40mm以及厚1mm的06Cr18Ni11Ti金属板垂直交叉形成的，且两块金属板相交线与金属板的长度方向相平行且其中点与两块金属板中心点重合；以两块金属板相交线的中点作为原点，以两块金属板的相交线作为z轴，两块金属板中与z轴垂直的线分别作为x轴、y轴，x轴与z轴分别与地面平行，y轴与地面垂直，如图1和图2所示；
金属丝是由06Cr18Ni11Ti制成的，其横切面为圆形，直径为2mm；
壳体用于包裹十字板和金属丝，是一个实心的圆柱体结构，由透明的光学材料(PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯)制成，其内部加工有分别与十字板以及金属丝形状相匹配的安装槽；
金属丝和十字板分别置于与其相对应的安装槽中，金属丝在十字板的下面且位于y轴与z轴所构成的平面内，并且金属丝与z轴平行；x轴、z轴分别与圆柱体的底面平行，且y轴与圆柱体的中心轴线重合，如图1和图2所示；
(2)将电视成像***放置在三轴调节装置上，电视成像***与校正模型的距离为1m，控制镜头焦距为100mm，然后对校正模型中的金属丝投影成像；先通过三轴调节装置粗略调节电视成像***的方位、俯仰以及高低，使金属丝在电视成像***的靶面上的投影近似圆形，然后利用matlab软件对金属丝的投影图像(图像分辨率1920×1080)进行像素级的分析，先对投影图像取灰度值、设定阈值将其灰度二值化，再根据得到的二值化图像计算出投影成像所占的行和列的坐标差值的最大值，计算结果如表1所示；
不难想象，若金属丝与电视成像***的靶面中心线重合，那么金属细丝在该靶面上的投影也应该为一个圆形，则在行或者列的方向上，投影坐标差值的最大值就是这个圆形的直径，且行、列坐标差值的最大值相等；由表1可知，调节第1次后的行坐标差值最大值为105个像素，列坐标差值最大值为93个像素，行坐标差值最大值大于列坐标差值最大值，说明像素行所对应电视成像***的俯仰方向偏离了理想位置，应该调节三轴调节装置的俯仰方向，反复调节，找到行坐标差值最大值中的最小值，如表1中第5次调节的数据，此时电视成像***的俯仰方向就调节完毕了；同理，可以调节电视成像***的方位方向，找到列坐标差值最大值中的最小值，如表1中第9次调节的数据，此时电视成像***的方位方向也调节完毕；
表1
将第9次调节后的电视成像***位置作为完成电视成像***调节的最终位置并进行固定，此时金属丝在电视成像***的靶面上的投影为一个正圆形，即金属细丝与电视成像***的视轴重合；
(3)将红外成像***放置在三轴调节装置上，并对校正模型中的十字板投影成像，通过三轴调节装置调节红外成像***的方位、俯仰以及高低，使十字板在红外成像***的靶面上的投影为一个宽度相等且宽度为最小值的十字形，实现该靶面与十字板中x轴与y轴所构成的平面平行，其调节原理与步骤(2)中电视成像***的调节原理相同；其中，利用matlab软件对十字板的投影图像进行像素级分析、计算的结果如表2所示；
表2
根据表2的数据可知，第10次调节后，出现了行、列方向十字板投影的宽度最小且宽度相同，则将第10次调节后的红外成像***位置作为完成红外成像***调节的最终位置并进行固定，此时红外成像***的靶面与十字板中x轴与y轴所构成的平面平行，即红外成像***的视轴与电视成像***的视轴平行，此时也就完成了对电视-红外成像***的视轴调节。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电视-红外成像***的视轴调节方法，其特征在于：所述方法步骤如下，
(1)将校正模型放置在平台上；其中，所述校正模型由壳体、金属丝和十字板组成；
十字板是由两块厚度以及宽度均相等的金属板垂直交叉形成的，且两块金属板的相交线以及两块金属板宽度的中点线共线，两块金属板的长度不少于50mm；以两块金属板的相交线作为z轴，两块金属板中与z轴垂直的线分别作为x轴、y轴；
壳体是一个封闭的实心结构，由透明的光学材料制成，其内部加工有分别与十字板以及金属丝的形状相匹配的安装槽；
金属丝和十字板分别置于与其相对应的安装槽中，金属丝在十字板的下面且位于y轴与z轴所构成的平面内，并且金属丝与z轴平行；其中，x轴及z轴分别与地面平行，y轴与地面垂直；
(2)将电视成像***放置在三轴调节装置上，并对校正模型中的金属丝投影成像，通过三轴调节装置调节电视成像***的方位、俯仰以及高低，使金属丝在电视成像***的靶面上的投影为圆形，实现金属丝与电视成像***的视轴重合，然后固定电视成像***；
(3)将红外成像***放置在三轴调节装置上，并对校正模型中的十字板投影成像，通过三轴调节装置调节红外成像***的方位、俯仰以及高低，使十字板在红外成像***的靶面上的投影为一个宽度相等且宽度为最小值的十字形，实现红外成像***的靶面与十字板中x轴与y轴所构成的平面平行，即红外成像***的视轴与电视成像***的视轴平行，然后固定红外成像***，完成电视-红外成像***的视轴调节。
2.根据权利要求1所述的电视-红外成像***的视轴调节方法，其特征在于：金属丝与两块金属板的材质相同。
3.根据权利要求1所述的电视-红外成像***的视轴调节方法，其特征在于：两块金属板的长度为50mm～80mm。
4.根据权利要求1所述的电视-红外成像***的视轴调节方法，其特征在于：壳体为实心的圆柱体结构，十字板的y轴方向与圆柱体的轴向方向相同。
5.根据权利要求4所述的电视-红外成像***的视轴调节方法，其特征在于：十字板的y轴与圆柱体的中心轴线重合。
6.根据权利要求1至5任一项所述的电视-红外成像***的视轴调节方法，其特征在于：两块金属板的厚度、宽度以及长度均相同。
7.根据权利要求6所述的电视-红外成像***的视轴调节方法，其特征在于：金属板的中心点作为坐标轴的原点。
8.根据权利要求1所述的电视-红外成像***的视轴调节方法，其特征在于：步骤(2)中，利用图像分析软件对金属丝的投影图像进行像素级的分析，将投影图像中由竖直方向两个最远的像素确定的直线作为竖直轴，由水平方向两个最远的像素确定的直线作为水平轴，并通过调节电视成像***的位置，使投影图像的竖直轴和水平轴达到最小值，且两数值相等，则此时金属丝的投影图像为圆形。
9.根据权利要求1所述的电视-红外成像***的视轴调节方法，其特征在于：步骤(3)中，利用图像分析软件对十字板的投影图像进行像素级的分析，并通过调节红外成像***的位置，使投影图像所占的像素行数、像素列数达到最小值，且两数值相等，则此时红外成像***的靶面与十字板中x轴与y轴所构成的平面平行。
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