CN113405776A - 一种光电观测***的多光轴一致性检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光电观测***的多光轴一致性检测装置，包括设备基座、升降平台控制器、升降平台、水平调整机构、垂直面调整机构、靶板面板、平板电脑、红外十字靶板、黑体、激光测距模块、靶镜模块、水准气泡、以及准直光源，还公开了一种光电观测***的多光轴一致性检测，本发明能满足室内、野外等不同环境条件下，各种光轴相对位置不同的光电观测***多光轴一致性检测需要，解决了平行光管法、远方目标法和固定靶板法等检测方法，在检测设备昂贵、使用环境受限、检测精度低、检测型号单一等不同方面存在的问题，具有很强的实用性。

Description

一种光电观测***的多光轴一致性检测装置及方法
技术领域
本发明涉及光电检测领域，具体涉及一种光电观测***的多光轴一致性检测装置，还涉及一种光电观测***的多光轴一致性检测方法。
背景技术
光电技术的发展，使得可见光成像、红外热成像、激光测距等技术被综合集成于各种类型的光电观测***，可实现对目标全天时、全天候的观察、测距，并被广泛应用于国防、安保等方面。然而，对于这类光电观测***，客观上要求可见光成像、红外热成像、激光测距等组件的光轴相互平行即多光轴一致。目前对于多光轴一致性的检查方法主要有平行光管法、远方目标法和固定靶板法等。由于可见光成像、红外热成像工作波段及机理的不同，为满足多波段工作要求，平行光管法目前大多采用离轴反射式平行光管，在反射镜的焦点处放置靶板或靶纸，通过光电观测***观察瞄准靶板以及观察激光测距组件发射激光在靶纸上所形成的光斑的相对位置，来判定多光轴的一致性，这种检测方法主要是用于实验室或产品生产、调试过程中的检测环节，具有检测精度高的特点，其不足之处在于检测设备的价格昂贵、可移动性差，对检测环境要求高，尤其对于被检光电观测***多光轴相对位置尺寸较大，要求平行光管的口径也相应增大，检测设备的价格也将大大增加，并且不适合野外条件下开展检测。
远方目标法是在能见度好、通视条件下，通过选定一远方目标，利用被检测光电观测***的可见光成像组件、红外热成像组件对目标实施观察，观察两种图像中自身分划中心的瞄准点是否一致，进而判定两光轴是否一致；对于被检光电观测***中的激光测距组件，由于激光波长通常选用为不可见光波长，且没有观瞄视场，只能通过可见光成像或红外热成像图像中的自身分划瞄准远方建筑物的边缘，依次从上、下、左、右等方向使分划与建筑物的边缘相切并进行测距，通过测距结果进行定性的判断激光测距光轴与可见光成像、红外热成像光轴是否一致。该方法只能初步判断该多光轴是否一致，精确度不高，且对天候条件和通视条件有一定的要求。
固定靶板法是依据被检光电观测***各光轴的相对位置尺寸，在靶板上刻制位置相对固定的可见光瞄准点、红外瞄准点以及激光测距瞄准点，并将固定靶板放置在指定的检测距离上，依次通过可见光成像组件、红外热成像组件以及激光测距组件配备的靶镜，观察靶板上的相应瞄准点，通过观察可见光成像组件、红外热成像组件图像中自身分划中心以及激光测距组件靶镜分划中心，能否同时瞄准相对应的瞄准点，进而对多光轴一致性实施检测和判断。该种方法的缺点是，由于不同型号的光电观测***，各光轴的相对位置尺寸不同，针对不同型号需制作相应的固定靶板，无法满足多种型号的通用性检测需要，并且要求激光测距组件需配备相应靶镜，否则无法开展激光光轴的检测。另外，固定靶板所在平面与被检光电观测***的光轴是否基本垂直也无法得到保证，会对检测结果带来一定的影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有光电观测***多光轴一致性检测方法存在的局限性和不足，提供了一种光电观测***的多光轴一致性检测装置，还提供一种光电观测***的多光轴一致性检测方法。能够满足室内、野外等不同环境条件下，光轴相对位置尺寸不同的各种光电观测***检测需要。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种光电观测***的多光轴一致性检测装置，包括设备基座，还包括升降平台控制器、升降平台、水平调整机构、垂直面调整机构、靶板面板、平板电脑、红外十字靶板、黑体、激光测距模块、靶镜模块、水准气泡、以及准直光源，
设备基座上设置升降平台，升降平台与升降平台控制器连接，水平调整机构设置在升降平台上，垂直面调整机构设置在水平调整机构上，翻转机构设置在垂直面调整机构上，靶板面板设置在翻转机构上，靶板面板上设置有平板电脑、黑体、激光测距模块和水平导轨，黑体上设置有红外十字靶板，水平导轨的滑块部与垂直导轨的导轨部连接，靶镜模块包括靶纸安装座和激光靶镜，垂直导轨的滑块部与靶纸安装座连接，靶纸安装座分别与激光靶镜和准直光源连接，水准气泡分别设置在靶板面板一对垂直的长边和短边上。
一种光电观测***的多光轴一致性检测方法，包括以下步骤：
步骤1、将光电观测***的多光轴一致性检测装置放置于被检光电观测***前方，放置距离大于被检光电观测***的最小观察距离，
步骤2、平板电脑控制光电观测***的多光轴一致性检测装置的激光测距模块实施测距，获取被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离值L，控制黑体的温度，
步骤3、获得被检可见光成像组件的光轴和被检激光测距组件的光轴相对于被检红外热成像组件光轴的相对位置，
平板电脑生成可见光目标十字分划和激光目标十字分划，可见光目标十字分划与红外十字靶板之间的相对位置和被检可见光成像组件的光轴与被检红外热成像组件光轴之间的相对位置相同，激光目标十字分划与红外十字靶板之间的相对位置和被检激光测距组件的光轴与被检红外热成像组件光轴的相对位置相同，计算可见光目标十字分划线宽B可；
步骤4、计算红外十字靶板的红外十字分划线宽B红；
步骤5、通过升降平台使红外十字靶板的红外十字分划与被检红外热成像组件光轴同高；
步骤6、通过水平调整机构和水准气泡的联合调整，使靶板面板位于垂直平面，准直光源发出的可见光波段的准直激光的光轴垂直于靶板面板；
步骤7、将靶镜模块沿靶板面板上的水平滑轨和垂直滑轨上下左右移动，使准直光源发出的可见光波段的准直激光在被检可见光成像组件的图像中形成光斑；调节垂直面调整机构，使准直激光的成像光斑呈圆形且成像光斑中心位于被检可见光成像组件的图像的中心位置或成像光斑中心与被检可见光成像组件自身图像分划的中心相重合，使靶板面板与被检可见光成像组件的光轴相垂直；
步骤8、首先通过水平平移被检光电观测***，将被检红外热成像组件自身的分划瞄准红外十字分划中心，再观察被检可见光成像组件自身的分划中心是否对正可见光目标十字分划中心，如果被检可见光成像组件自身的分划中心对正可见光目标十字分划中心，则被检红外热像仪组件和被检可见光成像组件的光轴平行，否则被检红外热像仪组件和被检可见光成像组件的光轴不平行，
步骤9、将靶纸安装座通过水平滑轨和垂直滑轨移动到平板电脑显示的激光目标十字分划相应位置，并在靶纸安装座安装画有十字线的靶纸，确保靶纸上十字线与平板电脑显示的激光目标十字分划相重合，被检激光测距组件发射激光并通过激光靶镜在靶纸上形成激光光斑；通过观察激光光斑相对于激光目标十字分划的位置，如果激光光斑与激光目标十字分划的中心重合，则被检激光测距组件的光轴与被检红外热像仪组件的光轴平行，否则被检激光测距组件的光轴与被检红外热像仪组件的光轴不平行。
如上所述的可见光目标十字分划线宽B可通过以下公式获得：
B可＝Z可·L/f可
其中，Z可为被检可见光成像组件探测器阵元尺寸，L为被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离值，f可为被检可见光成像组件的最小焦距，
如上所述的红外十字靶板的红外十字分划的线宽B红通过以下公式获得：
B红＝Z红·L/f红
其中，Z红为被检红外热成像组件光探测器阵元尺寸，L为被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离值，f红为被检红外热成像组件的最小焦距。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.能满足各种光轴相对位置不同的光电观测***检测需要；
2.依据被被检可见光成像组件探测器阵元尺寸、被检可见光成像组件的最小焦距、以及被检光电观测***与多光轴一致性检测装置之间的距离，计算可见光目标十字分划线宽，满足被检可见光组件光轴检测的需要；
3.依据被检红外热成像组件光探测器阵元尺寸、被检红外热成像组件的最小焦距、以及被检光电观测***与多光轴一致性检测装置之间的距离，计算红外十字靶板的红外十字分划的线宽，通过手动更换方式，更换相应线宽的红外十字靶板，满足被检红外热成像组件检测需要；
4.通过将安装有靶纸的靶纸安装座移动至激光目标十字分划相应位置，通过观察被检光电观测***的被检激光测距组件发射激光所形成的激光光斑与靶纸十字分划相对位置，可直接判定激光光轴与其他光轴的一致性；
5.通过水平调整机构、垂直面调整机构、水准气泡和翻转机构的联合调整，使靶板面板与被检可见光成像组件的光轴相垂直，靶板面板位于垂直平面，提高了检测精度；
6.该方法适用于室内、野外环境条件下，光电观测***的多光轴检测，实用性强。
7.本发明可对包含有红外热成像组件、可见光成像组件、激光测距组件的光电观测***的多光轴一致性进行检测。
附图说明
图1为本发明装置的组成图。
图2位本发明装置的立体图。
图中：1-设备基座；2-升降平台控制器；3-升降平台；4-水平调整机构；5-垂直面调整机构：6-靶板面板：7-平板电脑；8-红外十字靶板：9-黑体；10-激光测距模块；11-靶镜模块：12-准直光源。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种光电观测***的多光轴一致性检测装置，包括设备基座1、升降平台控制器2、升降平台3、水平调整机构4、垂直面调整机构5、靶板面板6、平板电脑7、红外十字靶板8、黑体9、激光测距模块10、靶镜模块11、水准气泡、准直光源12。
设备基座1上设置有升降平台3，升降平台3与升降平台控制器2连接，水平调整机构4设置在升降平台3上，垂直面调整机构5设置在水平调整机构4上，翻转机构设置在垂直面调整机构5上，靶板面板6设置在翻转机构上，靶板面板6上设置有平板电脑7、黑体9、激光测距模块10和水平导轨，黑体9上设置有红外十字靶板8，水平导轨的滑块部与垂直导轨的导轨部连接，靶镜模块11包括靶纸安装座和设置在靶纸安装座上的激光靶镜，垂直导轨的滑块部与靶纸安装座连接，靶纸安装座分别与激光靶镜和准直光源12连接。水准气泡分别设置在靶板面板6的一对垂直的长边和短边上。具体来说，靶板面板6呈平板状，具备一定厚度，水准气泡设置在长边所在侧面和短边所在的侧面上，上述侧面是指靶板面板6上平行于厚度方向的侧面。通过水平调整机构和水准气泡的联合调整，使靶板面板位于垂直平面。
被检光电观测***包括被检红外热成像组件、被检可见光成像组件、被检激光测距组件。
平板电脑，可实现对黑体9的温度、激光测距模块10的控制，并获得的被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离数据；可通过手动输入被检可见光成像组件的光轴与被检红外热成像组件的光轴之间的相对位置、被检激光测距组件的光轴与被检红外热成像组件的光轴之间的相对位置、被检可见光成像组件中探测器阵元尺寸、以及被检可见光成像组件中光学***的最小焦距，并依据手动输入的数据自动生成以红外十字靶板中心为原点，相对位置确定、线宽合适的可见光目标十字分划和激光目标十字分划；并计算可见光目标十字分划的线宽和红外十字靶板线宽。
可见光目标十字分划的线宽依据B可＝Z可·L/f可，通过平板电脑自动计算获得，其中B可表示可见光目标十字分划线宽，Z可为被检可见光成像组件中探测器阵元尺寸，f可为被检可见光成像组件的最小焦距，L为被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离。
红外十字靶板位于靶板面板6中心位置，黑体9位于红外十字靶板6后方，黑体9温度可在平板电脑7的控制下，进行工作温度的调整，并配合红外十字靶板8用于模拟红外目标；红外十字靶板8为一套线宽不同的镂空靶板，通过手动进行更换，红外十字靶板线宽的选择依据B红＝Z红·L/f红，通过平板电脑自动计算获得，其中B红表示红外十字靶板线宽，Z红为被检红外热成像组件中探测器阵元尺寸，f红为被检红外热成像组件的最小焦距，L为被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离。
激光测距模块10，在平板电脑7的控制下测量被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离，并将距离反馈给平板电脑7。
靶镜模块11，靶镜模块11包括靶纸安装座和设置在靶纸安装座上的激光靶镜，靶纸安装座位于激光靶镜的焦面处，用于安装画有十字线的靶纸；靶镜模块11可沿水平滑轨和垂直滑轨滑动并可在任意位置固定，使靶纸上的十字线与平板电脑液晶屏生成的激光目标十字分划相重合，在被检测光电观测***触发激光的前提下，激光将通过靶镜在靶纸上形成光斑，通过观察光斑与靶纸上十字线相对位置，判定被检激光测距组件光轴与被检红外热成像组件光轴的一致性关系。
水平调整机构4以及水准气泡，水平调整机构4用于调整水平度，，水准气泡设置在靶板面板6一对垂直的长边和短边上，通过水平调整机构4和水准气泡的联合调整，使靶板面板6位于垂直平面，准直光源12发出的可见光波段的准直激光的光轴垂直于靶板面板6。
垂直面调整机构5用于调节靶板面板6绕垂线方向的旋转角。
翻转结构，用于驱动靶板面板6进行90°旋转，实现靶板面板6在垂直面上横向设置和竖向设置。
准直光源12，准直光源5位于靶镜模块11下方，可随靶镜模块11一起沿水平滑轨和垂直滑轨上下左右移动，其发出的可见光波段的准直激光可在被检可见光成像组件的图像中形成光斑，通过垂直面调整机构5的调整，使准直激光的成像光斑呈圆形且成像光斑中心位于被检可见光成像组件的图像的中心位置或成像光斑中心与被检可见光成像组件自身图像分划的中心相重合，使靶板面板6与被检可见光成像组件的光轴相垂直，也即准直激光与被检可见光成像组件的光轴平行，减少多光轴检测带来的误差。
电源模块，实现对检测装置的供电，可外接AC220V50Hz市电直接供电并对内部的供电电池充电，也可直接用电池供电，满足野外检查的需要。
升降平台3，实现靶板面板6高度的调整。
一种光电观测***的多光轴一致性检测方法，包括以下步骤：
步骤1、将光电观测***的多光轴一致性检测装置放置于被检光电观测***前方，放置距离大于被检光电观测***的最小观察距离。
步骤2、光电观测***的多光轴一致性检测装置的平板电脑7控制光电观测***的多光轴一致性检测装置的激光测距模块实施测距，获取被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离值L；并依据环境温度，控制黑体9的温度。
步骤3、以被检红外热成像组件光轴为基准，获得被检可见光成像组件的光轴和被检激光测距组件的光轴相对于被检红外热成像组件光轴的相对位置，还获取被检可见光成像组件的最小焦距f可以及被检可见光成像组件中探测器阵元尺寸Z可，
平板电脑7生成可见光目标十字分划和激光目标十字分划，可见光目标十字分划与红外十字靶板之间的相对位置和被检可见光成像组件的光轴与被检红外热成像组件光轴之间的相对位置相同，激光目标十字分划与红外十字靶板之间的相对位置和被检激光测距组件的光轴与被检红外热成像组件光轴的相对位置相同，其中可见光目标十字分划线宽B可根据被检可见光成像组件的最小焦距f可、被检可见光成像组件探测器阵元尺寸Z可，以及被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离L，依据B可＝Z可·L/f可解算获得，其中B可表示可见光目标十字分划线宽；
步骤4、红外十字靶板8位于光电观测***的多光轴一致性检测装置的中心位置，黑体9位于红外十字靶板后方，红外十字靶板8和黑体9共同模拟红外目标，其中红外十字靶板8的十字分划宽度B红根据被检红外热成像组件的最小焦距f红、被检红外热成像组件光探测器阵元尺寸Z红，以及被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离L，依据B红＝Z红·L/f红解算获得，其中B红表示红外十字靶板8的红外十字分划的线宽；通过手动选择线宽合适的红外十字靶板8进行更换；
步骤5、检测时，通过升降平台3使红外十字靶板8的红外十字分划与被检红外热成像组件光轴同高；
步骤6、通过水平调整机构4和水准气泡的联合调整，使靶板面板6位于垂直平面，准直光源发出的可见光波段的准直激光的光轴垂直于靶板面板；
步骤7、将靶镜模块11沿靶板面板6上的水平滑轨和垂直滑轨上下左右移动，带动与靶镜模块11位置相对固定的准直光源12上下左右移动至合适位置，使准直光源12发出的可见光波段的准直激光在被检可见光成像组件的图像中形成光斑；调节垂直面调整机构，使准直激光的成像光斑呈圆形且成像光斑中心位于被检可见光成像组件的图像的中心位置或成像光斑中心与被检可见光成像组件自身图像分划的中心相重合，使靶板面板6与被检可见光成像组件的光轴相垂直，也即准直激光与被检可见光成像组件的光轴平行；
步骤8、以被检红外热成像组件光轴为基准，首先通过水平平移被检光电观测***，将被检红外热成像组件自身的分划瞄准红外十字分划8中心，再观察被检可见光成像组件自身的分划中心是否对正可见光目标十字分划中心，如果被检可见光成像组件自身的分划中心对正可见光目标十字分划中心，则被检红外热像仪组件和被检可见光成像组件的光轴平行，否则被检红外热像仪组件和被检可见光成像组件的光轴不平行。
步骤9、将靶纸安装座沿靶板面板6上的水平滑轨和垂直滑轨上下左右移动，移动到平板电脑显示的激光目标十字分划相应位置，并在靶纸安装座安装画有十字线的靶纸，确保靶纸上十字线与平板电脑显示的激光目标十字分划相重合，在做好激光防护的同时使被检激光测距组件发射激光，并通过激光靶镜在靶纸上形成激光光斑；通过观察激光光斑相对于激光目标十字分划的位置，如果激光光斑与激光目标十字分划的中心重合，则被检激光测距组件的光轴与被检红外热像仪组件的光轴平行，否则被检激光测距组件的光轴与被检红外热像仪组件的光轴不平行。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种光电观测***的多光轴一致性检测装置，包括设备基座(1)、其特征在于，还包括升降平台控制器(2)、升降平台(3)、水平调整机构(4)、垂直面调整机构(5)、靶板面板(6)、平板电脑(7)、红外十字靶板(8)、黑体(9)、激光测距模块(10)、靶镜模块(11)、水准气泡、以及准直光源(12)，
设备基座(1)上设置升降平台(3)，升降平台(3)与升降平台控制器(2)连接，水平调整机构(4)设置在升降平台(3)上，垂直面调整机构(5)设置在水平调整机构(4)上，翻转机构设置在垂直面调整机构(5)上，靶板面板(6)设置在翻转机构上，靶板面板(6)上设置有平板电脑(7)、黑体(9)、激光测距模块(10)和水平导轨，黑体(9)上设置有红外十字靶板(8)，水平导轨的滑块部与垂直导轨的导轨部连接，靶镜模块(11)包括靶纸安装座和激光靶镜，垂直导轨的滑块部与靶纸安装座连接，靶纸安装座分别与激光靶镜和准直光源(12)连接，水准气泡分别设置在靶板面板(6)一对垂直的长边和短边上。
2.一种光电观测***的多光轴一致性检测方法，利用权利要求1所述一种光电观测***的多光轴一致性检测装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将光电观测***的多光轴一致性检测装置放置于被检光电观测***前方，放置距离大于被检光电观测***的最小观察距离，
步骤2、平板电脑(7)控制光电观测***的多光轴一致性检测装置的激光测距模块实施测距，获取被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离值L，控制黑体(9)的温度，
步骤3、获得被检可见光成像组件的光轴和被检激光测距组件的光轴相对于被检红外热成像组件光轴的相对位置，
平板电脑(7)生成可见光目标十字分划和激光目标十字分划，可见光目标十字分划与红外十字靶板之间的相对位置和被检可见光成像组件的光轴与被检红外热成像组件光轴之间的相对位置相同，激光目标十字分划与红外十字靶板之间的相对位置和被检激光测距组件的光轴与被检红外热成像组件光轴的相对位置相同，计算可见光目标十字分划线宽B可；
步骤4、计算红外十字靶板(8)的红外十字分划线宽B红；
步骤5、通过升降平台(3)使红外十字靶板(8)的红外十字分划与被检红外热成像组件光轴同高；
步骤6、通过水平调整机构(4)和水准气泡的联合调整，使靶板面板(6)位于垂直平面，准直光源(12)发出的可见光波段的准直激光的光轴垂直于靶板面板(6)；
步骤7、将靶镜模块(11)沿靶板面板(6)上的水平滑轨和垂直滑轨上下左右移动，使准直光源(12)发出的可见光波段的准直激光在被检可见光成像组件的图像中形成光斑；调节垂直面调整机构(5)，使准直激光的成像光斑呈圆形且成像光斑中心位于被检可见光成像组件的图像的中心位置或成像光斑中心与被检可见光成像组件自身图像分划的中心相重合，使靶板面板(6)与被检可见光成像组件的光轴相垂直；
步骤8、首先通过水平平移被检光电观测***，将被检红外热成像组件自身的分划瞄准红外十字分划中心，再观察被检可见光成像组件自身的分划中心是否对正可见光目标十字分划中心，如果被检可见光成像组件自身的分划中心对正可见光目标十字分划中心，则被检红外热像仪组件和被检可见光成像组件的光轴平行，否则被检红外热像仪组件和被检可见光成像组件的光轴不平行，
步骤9、将靶纸安装座通过水平滑轨和垂直滑轨移动到平板电脑显示的激光目标十字分划相应位置，并在靶纸安装座安装画有十字线的靶纸，确保靶纸上十字线与平板电脑显示的激光目标十字分划相重合，被检激光测距组件发射激光并通过激光靶镜在靶纸上形成激光光斑；通过观察激光光斑相对于激光目标十字分划的位置，如果激光光斑与激光目标十字分划的中心重合，则被检激光测距组件的光轴与被检红外热像仪组件的光轴平行，否则被检激光测距组件的光轴与被检红外热像仪组件的光轴不平行。
3.根据权利要求2所述的一种光电观测***的多光轴一致性检测方法，其特征在于，所述的可见光目标十字分划线宽B可通过以下公式获得：
B可＝Z可·L/f可
其中，Z可为被检可见光成像组件探测器阵元尺寸，L为被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离值，f可为被检可见光成像组件的最小焦距。
4.根据权利要求2所述的一种光电观测***的多光轴一致性检测方法，其特征在于，所述的红外十字靶板(8)的红外十字分划的线宽B红通过以下公式获得：
B红＝Z红·L/f红
其中，Z红为被检红外热成像组件光探测器阵元尺寸，L为被检光电观测***与光电观测***的多光轴一致性检测装置之间的距离值，f红为被检红外热成像组件的最小焦距。
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