CN110926761A - 一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管及检测方法 - Google Patents

一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机载光电瞄准***的大口径平行光管及检测方法，用于搭载红外、电视、激光测距机等多传感器机载光电探测设备光轴平行性准确快速检测，抛物面主镜、次镜构成了离轴大口径长焦距平行光管光学***，热靶材料与十字靶板共轭放置在平行光管光学***焦平面上。激光入射光阑为特制光阑，可使光斑形状调制成更利于高精度质心检测的形状。控制计算机采集被测产品对检测装置靶面成像的图像，利用光轴偏差检测算法自动检出被测产品各个传感器光轴偏差。该装置使用方便、检测精度高、工作稳定性好、自动化程度高，适合于产品装调、维修、外场保障使用。

Description

一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管及检测方法
技术领域
本发明属于机载光电探测与对抗领域，涉及一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管及检测方法，涉及机载光电瞄准***多光轴一致性自动检测装置及方法。
背景技术
现今，机载光电探测***大多包括红外、激光、可见光等多种传感器。红外、电视传感器对目标成像用于搜索跟踪目标，激光传感器则用于对目标进行主动测距。为了保证红外、电视跟踪的目标与激光测距的目标一致，机载光电探测***对红外、电视、激光多光轴有一定的平行性要求。该平行性指示是机载光电探测***重要性能指标，表征着机载光电***的作战效能。
由于受到安装材料不一致、振动效应、装配应力、环境热效应等因素影响，多光轴平行性在产品使用一定的时间后或者复杂多变的环境下会发生失调。而多光轴的准确、快速检测是多光轴平行性保证的前提。
在多光轴平行性检测方面目前还存在靠人眼判读主观误差大、自动化程度差检测效率低、检测设备和方法复杂操作难度大、传感器覆盖波段不全、不适合野外环境使用等问题。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管及检测方法，解决目前多光轴检测方法主观判读误差大、自动化程度低、检测设备和方法操作复杂的问题。
技术方案
一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管，其特征在于包括激光入射光阑1、电视/红外出射光阑2、抛物面主镜3、抛物面次镜4、红外激光分光镜5、热靶材料6、十字靶板7、热光源8和结构箱体9；结构箱体9内的光路设置为：面对被测产品的红外电视窗口设有电视/红外出射光阑2，激光发射窗口设有激光入射光阑1，两个光阑之后设有抛物面主镜3，主镜3的反射光路上设有抛物凹面次镜4，次镜4的反射光路上依次为红外激光分光镜5、十字靶板7和热光源8；红外激光分光镜5的反射光路上设有热靶材料6；所述热靶材料6与十字靶板7共轭放置在平行光管光学***焦平面上。
所述热靶材料6为红外激光靶，将吸收的激光能量转换为红外辐射。
所述十字靶板7为不透光的挡光板，中间刻有透光的“十”字形孔。
所述激光入射光阑1为直径70mm圆形挡光板，中间刻有边长为30mm的等边三角形或刻有边长为15mm的等边六边形透光孔。
所述电视/红外入射光阑2为圆形透过光孔。
一种利用所述任一项机载光电瞄准***检测的大口径平行光管进行多光轴一致性的检测方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将被测产品的光轴与平行光管的光轴进行粗对准，两者之差不超过总视场的10％；
步骤2：开启热光源8，光线通过十字靶板7、红外激光分光镜5、抛物面次镜4、抛物面主镜3和电视/红外出射光阑2至被测产品的红外电视窗口；
步骤3：采集无激光照射状态下红外图像，此时红外图像中能够观察到靶板“十”字符；并记录靶板“十字”相对于红外图像中心偏差角(x0,y0)；
步骤4：采集无激光照射状态下电视图像，此时电视图像中能够观察到靶板“十”字符；并记录靶板“十字”相对于电视图像中心偏差角(x1,y1)；
步骤5：计算电视相对于红外的光轴偏差计算，计算关系为x2＝x0-x1，y2＝y0-y1；
步骤6：关闭热光源，启动被测产品的的激光发射，激光通过激光入射光阑1、抛物面主镜3、抛物面次镜4、红外激光分光镜5，反射至热靶材料6产生衍射光斑，将将吸收的激光能量转换为红外辐射；红外激光分光镜5将热靶材料6的红外辐射又通过抛物面次镜4、抛物面主镜3和电视/红外出射光阑2至被测产品的红外电视窗口；
步骤7：采集有激光照射状态下红外图像，此时红外图像中观察到激光衍射的三条直线交叉的衍射光斑；记录衍射光斑中心相对于红外图像中心偏差角，即激光相对于红外光轴平行性偏差(x3,y3)；
步骤8：计算激光相对于电视的光轴偏差，计算关系为x4＝x3-x2，y4＝y3-y2；
由此得到激光相对于红外偏差、激光相对于电视偏差。
有益效果
本发明提出的一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管及检测方法，用于搭载红外、电视、激光测距机等多传感器机载光电探测设备光轴平行性准确快速检测，大口径平行光管包含激光入射光阑、电视/红外出射光阑、抛物面主镜、抛物面次镜、红外激光分光镜、热靶材料、十字靶板、热光源和结构箱体。抛物面主镜、次镜构成了离轴大口径长焦距平行光管光学***，热靶材料与十字靶板共轭放置在平行光管光学***焦平面上。激光入射光阑为特制光阑，可使光斑形状调制成更利于高精度质心检测的形状。采集被测产品对平行光管靶面成像的图像，利用光轴偏差检测算法自动检出被测产品各个传感器光轴偏差。该装置使用方便、检测精度高、工作稳定性好、自动化程度高，适合于产品装调、维修、外场保障使用。
附图说明
图1：本发明的***构成示意图
图2：本发明的激光光阑示意图
图3：本发明的激光衍射光斑示意图
图4：本发明的十字靶板光阑示意图
图5：本发明的光轴检测流程图
1-激光入射光阑，2-电视/红外出射光阑，3-抛物面主镜，4-抛物面次镜，5-红外激光分光镜，6-热靶材料，7-十字靶板，8-热光源，9-结构箱体。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
大口径平行光管包含激光入射光阑、电视/红外出射光阑、抛物面主镜、抛物面次镜、红外激光分光镜、热靶材料、十字靶板、热光源和结构箱体。抛物面主镜、次镜构成了离轴大口径长焦距平行光管光学***。
激光入射光阑1为直径70mm圆形挡光板，中间刻有边长为30mm的等边三角形或者刻有边长为15mm的等边六边形透光孔。激光出射光束透过等边三角形或者等边六边形将会在热靶材料上产生衍射光斑。衍射光斑的形状为三条直线亮纹交叉于一点的图案，三条直线亮纹的交点为激光光轴中心点。激光入射光阑1不仅衰减了出射激光能量，而且调制了入射到热靶材料上的激光光斑，使得更容易从图像上检测出光斑中心。
电视/红外入射光阑2为圆形透过光孔。
热靶材料6为红外激光靶，可将吸收的激光能量转换为红外辐射。
十字靶板7为不透光的挡光板，中间刻有透光的“十”字形孔。
光路设置为：结构箱体9内的光路设置为：面对被测产品的红外电视窗口设有电视/红外出射光阑2，激光发射窗口设有激光入射光阑1，两个光阑之后设有抛物面主镜3，主镜3的反射光路上设有抛物凹面次镜4，次镜4的反射光路上依次为红外激光分光镜5、十字靶板7和热光源8；红外激光分光镜5的反射光路上设有热靶材料6；所述热靶材料6与十字靶板7共轭放置在平行光管光学***焦平面上。
红外激光分光镜5将汇聚的激光光线反射至热靶材料上，同时能够反射从热靶材料上产生的红外辐射，透射从十字靶板7上产生的红外辐射；
热光源8可产生红外、可见光辐射；热光源8开启时，红外、可见光辐射将通过十字靶板7中间“十”字孔经抛物面主镜3、抛物面次镜4准直后发出；
将控制计算机10与被测产品通过视频线连接，采集被测产品对检测装置靶面成像的图像；将控制计算机10与热光源8开启或关闭连接，控制大口径平行光管11中的热光源8开启或关闭。
控制计算机10中安装有可视化的光轴平行性检测界面软件，该软件主要功能是控制整个测试流程，实时采集显示被测产品输出的靶面图像，实时计算并显示各传感器光轴偏差。
检测机载光电瞄准***多光轴一致性的具体步骤为：
步骤1：开始，用电缆将本发明的大口径平行光管与被测产品连接，并将被测产品的光轴与大口径平行光管的光轴进行粗对准，保证两者之查不超过总视场的10％；
步骤2：开启热光源，操控控制计算机10开启热光源8；
步骤3：采集无激光照射状态下红外图像，此时红外图像中应能够观察到靶板“十”字符；
步骤4：检测靶板“十字”相对于红外图像中心偏差角(x0,y0)，控制计算机10内的图像检测算法快速的检测红外图像中的“十字”位置，并记录偏差角(x0,y0)；
步骤5：采集无激光照射状态下电视图像，此时电视图像中应能够观察到靶板“十”字符；
步骤6：检测靶板“十字”相对于电视图像中心偏差角(x1,y1)，控制计算机10内的图像检测算法快速的检测电视图像中的“十字”位置，并记录偏差角(x1,y2)；
步骤7：控制计算机10完成电视相对于红外的光轴偏差计算，计算关系为x2＝x0-x1，y2＝y0-y1；
步骤8：关闭热光源，操控控制计算机10关闭热光源8；
步骤9：采集有激光照射状态下红外图像，此时红外图像中应能够观察到激光衍射的三条直线交叉的衍射光斑；
步骤10：检测衍射光斑中心相对于红外图像中心偏差角(x3,y3)，控制计算机10内的图像检测算法快速的检测红外图像中三条直线交叉的衍射光斑位置，并记录偏差角(x3,y3)，该偏差角即为激光相对于红外光轴平行性偏差；
步骤11：控制计算机10完成激光相对于电视的光轴偏差计算，计算关系为x4＝x3-x2，y4＝y3-y2；
步骤12：控制计算机10在界面上显示激光相对于红外偏差、激光相对于电视偏差。

Claims (6)

1.一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管，其特征在于包括激光入射光阑(1)、电视/红外出射光阑(2)、抛物面主镜(3)、抛物面次镜(4)、红外激光分光镜(5)、热靶材料(6)、十字靶板(7)、热光源(8)和结构箱体(9)；结构箱体(9)内的光路设置为：面对被测产品的红外电视窗口设有电视/红外出射光阑(2)，激光发射窗口设有激光入射光阑(1)，两个光阑之后设有抛物面主镜(3)，主镜(3)的反射光路上设有抛物凹面次镜(4)，次镜(4)的反射光路上依次为红外激光分光镜(5)、十字靶板(7)和热光源(8)；红外激光分光镜(5)的反射光路上设有热靶材料(6)；所述热靶材料(6)与十字靶板(7)共轭放置在平行光管光学***焦平面上。
2.根据权利要求1所述机载光电瞄准***检测的大口径平行光管，其特征在于：所述热靶材料(6)为红外激光靶，将吸收的激光能量转换为红外辐射。
3.根据权利要求1所述机载光电瞄准***检测的大口径平行光管，其特征在于：所述十字靶板(7)为不透光的挡光板，中间刻有透光的“十”字形孔。
4.根据权利要求1所述机载光电瞄准***检测的大口径平行光管，其特征在于：所述激光入射光阑(1)为直径70mm圆形挡光板，中间刻有边长为30mm的等边三角形或刻有边长为15mm的等边六边形透光孔。
5.根据权利要求1所述机载光电瞄准***检测的大口径平行光管，其特征在于：所述电视/红外入射光阑(2)为圆形透过光孔。
6.一种利用权利要求1～5所述任一项机载光电瞄准***检测的大口径平行光管进行多光轴一致性的检测方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将被测产品的光轴与平行光管的光轴进行粗对准，两者之差不超过总视场的10％；
步骤2：开启热光源(8)，光线通过十字靶板(7)、红外激光分光镜(5)、抛物面次镜(4)、抛物面主镜(3)和电视/红外出射光阑(2)至被测产品的红外电视窗口；
步骤3：采集无激光照射状态下红外图像，此时红外图像中能够观察到靶板“十”字符；并记录靶板“十字”相对于红外图像中心偏差角(x0,y0)；
步骤4：采集无激光照射状态下电视图像，此时电视图像中能够观察到靶板“十”字符；并记录靶板“十字”相对于电视图像中心偏差角(x1,y1)；
步骤5：计算电视相对于红外的光轴偏差计算，计算关系为x2＝x0-x1，y2＝y0-y1；
步骤6：关闭热光源，启动被测产品的的激光发射，激光通过激光入射光阑(1)、抛物面主镜(3)、抛物面次镜(4)、红外激光分光镜(5)，反射至热靶材料(6)产生衍射光斑，将将吸收的激光能量转换为红外辐射；红外激光分光镜(5)将热靶材料(6)的红外辐射又通过抛物面次镜(4)、抛物面主镜(3)和电视/红外出射光阑(2)至被测产品的红外电视窗口；
步骤7：采集有激光照射状态下红外图像，此时红外图像中观察到激光衍射的三条直线交叉的衍射光斑；记录衍射光斑中心相对于红外图像中心偏差角，即激光相对于红外光轴平行性偏差(x3,y3)；
步骤8：计算激光相对于电视的光轴偏差，计算关系为x4＝x3-x2，y4＝y3-y2；
由此得到激光相对于红外偏差、激光相对于电视偏差。
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