專利名稱：兩共軸背對背固定光電成像系統(tǒng)的軸線誤差標定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種兩共軸背對背固定光電成像系統(tǒng)的軸線誤差標定方法，尤其是一種針對組成基于數(shù)字圖像的無標靶多光軸平行度檢測系統(tǒng)中兩共軸背對對背光電成像系統(tǒng)之間的軸線偏差標定方法，屬于光電成像技術領域。
背景技術：
本申請人于同日申請的專利“基于數(shù)字圖像的無標靶多光軸平行度檢測系統(tǒng)”提出了一種新型的基于數(shù)字圖像處理方法的無標靶多光軸平行度檢測系統(tǒng)，如附圖
4所示。在檢測激光測距儀光軸與彈丸發(fā)射軸、觀瞄光軸的平行度關系時，利用激光場景采集器中共軸背對背固定的第一光電成像系統(tǒng)和第二光電成像系統(tǒng)分別采集激光光斑圖像和場景圖像，將其輸入融合模塊進行圖像融合，可得一幅激光場景融合圖像(其中激光光斑位置對應著激光照射場景中的位置)；再與彈丸發(fā)射軸上固定的彈丸發(fā)射軸光電成像系統(tǒng)和固定 在瞄準鏡后的觀瞄光軸光電成像系統(tǒng)采集的帶有十字分劃的場景圖像I和2進行圖像配準(其中十字分劃中心位置對應炮軸或觀瞄光軸指向場景中的位置)，通過一系列的圖像處理方法，可獲得激光光軸、彈丸發(fā)射軸和觀瞄光軸間的兩兩平行度關系。在理想情況下，基于數(shù)字圖像的多光軸平行度檢測系統(tǒng)的激光場景視頻采集器中第一光電成像系統(tǒng)和第二光電成像系統(tǒng)是共軸，并且被背對背反向固定。但由于加工裝調的精度問題，第一光電成像系統(tǒng)和第二光電成像系統(tǒng)的光軸不可能完全共軸反向。第一光電成像系統(tǒng)和第二光電成像系統(tǒng)光軸方向的偏差是系統(tǒng)誤差，將嚴重影響基于數(shù)字圖像的多光軸平行度檢測系統(tǒng)的性能。這個系統(tǒng)誤差是可以通過誤差標定方法獲取，為誤差補償提供可能。目前，在雙目立體視覺中出現(xiàn)大量光電成像系統(tǒng)參數(shù)標定方法，但是其針對的都是同方向光電成像系統(tǒng)的標定，針對背對背固定的兩個光電成像系統(tǒng)的光軸的標定還未見諸于市場和文獻資料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的提供一種兩共軸背對背固定光電成像系統(tǒng)軸線誤差的標定方法。該方法操作簡單，有較高的誤差標定精度。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為一種兩背對背同軸固定光電成像系統(tǒng)軸線誤差的標定方法，具體步驟為步驟一、搭建由兩束平行反向的十字型平行光束構成的檢測光路；搭建方法為步驟101、標定自準直儀出射的十字光束方向；步驟102、將自準直儀與平行光管相向放置于平行光軌上，粗調使兩者相對平行；步驟103、打開平行光管背側光源，發(fā)出平行光照射自準直儀，調節(jié)自準直儀位置，使得從自準直儀目鏡觀測到的由平行光管出射的十字光斑與自準直儀目鏡中標定好的十字分劃的中心重合；
步驟104、打開自準直儀的光源，根據(jù)自準直儀原理，可以認為自準直儀與平行光管出射的十字光束反向平行；步驟二、將兩共軸背對背固定的光電成像系統(tǒng)放置于所述由兩束平行反向的十字型平行光束構成的檢測光路中，用左光電成像系統(tǒng)采集左十字平行光束得到左十字光斑圖像，用右光電成像系統(tǒng)采集右十字平行光束得到右十字光斑圖像；步驟三、對所述左光電成像系統(tǒng)采集的左十字光斑圖像進行處理，建立左光電成像系統(tǒng)坐標系和左十字光束坐標系，并根據(jù)幾何成像原理，求解左十字光束坐標系相對左光電成像系統(tǒng)坐標系的旋轉矩陣R1 以左光電成像系統(tǒng)鏡頭O1中心為圓心，像面行方向為X軸，列方向為y軸，光軸方向為z軸,建立左光電成像系統(tǒng)坐標系O1-X1Y1Z1,以左十字光束的出射方向為w軸，以十字光束的水平和豎直線為u軸和V軸，建立左十字光束坐標系O3-U1V1W1,設左十字光束交左光電成像系統(tǒng)主平面于A點，經(jīng)鏡頭會聚于左像面B點，且在左像面上的十字光斑中兩條相交 的直線分別沿歷和0方向；利用圖像處理中的二值化和細化算法，提取左像面上十字光斑的中心骨架，利用最小二乘法擬合兩條直線，得到其在坐標系O1-Xiyizi中單位方向向量/;) = (m'，m2,0 /和η=(ηχ,η2β)Τ %設B點在像面矩陣中行列坐標為(i，j)，左光電成像系統(tǒng)的瞬時視場為P1Xq1JJB點在O1-XiyiZ1坐標系中的坐標為f/ (iPl，jqi，-l)，其中f/為左光電成像系統(tǒng)焦距，
權利要求
1.一種兩背對背同軸固定光電成像系統(tǒng)軸線誤差的標定方法，其特征在于，具體步驟為 步驟一、搭建由兩束平行反向的十字型平行光束構成的檢測光路； 步驟二、將兩共軸背對背固定的光電成像系統(tǒng)放置于所述由兩束平行反向的十字型平行光束構成的檢測光路中，用左光電成像系統(tǒng)采集左十字平行光束得到左十字光斑圖像，用右光電成像系統(tǒng)采集右十字平行光束得到右十字光斑圖像； 步驟三、對所述左光電成像系統(tǒng)采集的左十字光斑圖像進行處理，建立左光電成像系統(tǒng)坐標系和左十字光束坐標系，并根據(jù)幾何成像原理，求解左十字光束坐標系相對左光電成像系統(tǒng)坐標系的旋轉矩陣R1 以左光電成像系統(tǒng)鏡頭O1中心為圓心，像面行方向為X軸，列方向為y軸，光軸方向為z軸，建立左光電成像系統(tǒng)坐標系O1-XiyiZ1,以左十字光束的出射方向為w軸，以十字光束的水平和豎直線為u軸和V軸，建立左十字光束坐標系O3-U1V1W1,設左十字光束交左光電成像系統(tǒng)主平面于A點，經(jīng)鏡頭會聚于左像面B點，且在左像面上的十字光斑中兩條相交的直線分別沿兩和0方向； 利用圖像處理中的二值化和細化算法，提取左像面上十字光斑的中心骨架，利用最小二乘法擬合兩條直線，得到其在坐標系O1-X1Y1 zi中單位方向向量/ ) = (m,, m,，0,廠和η=(ηγ,η2β)τ % 設B點在像面矩陣中行列坐標為(i，j)，左光電成像系統(tǒng)的瞬時視場為P1Xq1,則B點在O1-XiyiZ1坐標系中的坐標為f/ (IP1, Jq1, -I)，其中f/為左光電成像系統(tǒng)焦距；解出左十字光束坐標系相對左光電成像系統(tǒng)坐標系的旋轉矩陣R1為步驟四、對所述右光電成像系統(tǒng)采集的右十字光斑圖像進行如下處理 以右光電成像系統(tǒng)鏡頭O2中心為圓心，像面行方向為X軸，列方向為y軸，光軸方向為z軸，建立右光電成像系統(tǒng)坐標系02-x2y2z2 ;以右十字光束的出射方向為w軸，以十字光束的水平和豎直線為u軸和V軸，建立右十字光束坐標系O4-U2V2W2 ； 設右十字光束交右光電成像系統(tǒng)主平面于D點，經(jīng)鏡頭會聚于右像面C點，且在右像面上的十字光斑中兩條相交的直線分別沿兩'和好’方向；利用圖像處理中的二值化和細化算法，提取右像面上十字光斑的中心骨架，利用最小二乘法擬合兩條直線，得到其在坐標系O2-X2Y2Z2 中單位方向向mm' = {η\ '，m20)Γ和/7’ = (/ !η2 ',0)Γ； 設C點在像面矩陣中行列坐標為(i’，j’)，右光電成像系統(tǒng)的瞬時視場為P2Xq2 ; 解出右十字光束坐標系相對左光電成像系統(tǒng)坐標系的旋轉矩陣R2 步驟五、根據(jù)所述步驟三與步驟四得出RpR2，令R12為左十字光束坐標系相對于右十字光束坐標系之間的旋轉矩陣， 通過坐標系轉換關系，得出左光電成像系統(tǒng)相對右光電成像系統(tǒng)的旋轉矩陣R R = R2It2R^其中左右十字光束平行反向，則 步驟六、以右光電成像系統(tǒng)為基準，計算左光電成像系統(tǒng)光軸相對右光電成像系統(tǒng)光軸的水平偏角a和豎直偏角3 建立右光電成像系統(tǒng)坐標系，以右光電成像系統(tǒng)鏡頭中心O2為圓心，像面行方向為X軸，列方向為y軸，光軸方向為z軸，建立左光電成像系統(tǒng)坐標系02-x2y2z2,假設 左光電成像系統(tǒng)光軸在左光電成像系統(tǒng)坐標系中用描述，變 換到右光電成像系統(tǒng)坐標系中為 平面的投影為 平面的投影為 右光電成像系統(tǒng)光軸在右光電成像系統(tǒng)坐標系中用4 =(0，(Vlf描述，則左右光電成像系統(tǒng)在水平方向的夾角 左右光電成像系統(tǒng)在豎直方向的夾角 由左右光電成像系統(tǒng)在水平方向和在豎直方向的夾角可表不兩共軸背對背固定光電成像系統(tǒng)的軸線誤差。
2.如權利要求I所述的一種兩背對背同軸固定光電成像系統(tǒng)軸線誤差的標定方法，其特征在于，所述由兩束平行反向的十字型平行光束構成的檢測光路的搭建方法為 步驟101、標定自準直儀出射的十字光束方向； 步驟102、將自準直儀與平行光管相向放置于平行光軌上，粗調使兩者相對平行； 步驟103、打開平行光管背側光源，發(fā)出平行光照射自準直儀，調節(jié)自準直儀位置，使得從自準直儀目鏡觀測到的由平行光管出射的十字光斑與自準直儀目鏡中標定好的十字分劃的中心重合； 步驟104、打開自準直儀的光源，根據(jù)自準直儀原理，可以認為自準直儀與平行光管出射的十字光束反向平行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種兩背對背同軸固定光電成像系統(tǒng)軸線誤差的標定方法，屬于光電成像技術領域。本發(fā)明基于不同坐標系之間的轉換原理，其技術方案為將兩背對背同軸固定的光電成像系統(tǒng)放置于由兩束平行反向的十字型平行光束構成的光路中，用左右兩側光電成像系統(tǒng)分別采集左右兩側十字光斑，通過圖像處理方法計算左十字光束坐標系與左光電成像系統(tǒng)坐標系的關系，右十字光束坐標系與右光電成像系統(tǒng)坐標系的關系。左右十字光束平行反向，存在簡單的坐標變換關系。將上述三個變換關系聯(lián)系起來，就可以獲得左右光電成像系統(tǒng)坐標系的變換關系，進而得出兩光電成像系統(tǒng)軸線之間的夾角。該方法適用于兩背對背同軸固定的光電成像儀器軸線誤差的標定。
文檔編號G01B11/26GK102809476SQ20121030065
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權日2012年8月22日
發(fā)明者王霞, 王晨如, 路陸, 金偉其, 張勇 申請人:北京理工大學