一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，測(cè)試裝置包括依次設(shè)置的轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)上的導(dǎo)軌、被標(biāo)定的光學(xué)系統(tǒng)物方的目標(biāo)發(fā)生器、被標(biāo)定光學(xué)系統(tǒng)的像方的像分析器。本發(fā)明的一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置及方法，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同物距目標(biāo)的提供。
【專利說明】—種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種用于標(biāo)定f- Θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的裝置及方法，尤其涉及一種用于f- Θ結(jié)構(gòu)形式的光學(xué)相機(jī)在與探測(cè)器對(duì)接前光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定。
【背景技術(shù)】
[0002]f- Θ光學(xué)系統(tǒng)俗稱魚眼鏡頭，其視場(chǎng)可達(dá)180度以上，其在攝影方面的特殊應(yīng)用已是眾所周知，然而，魚眼鏡頭的用途遠(yuǎn)不止此。在天文、氣象、電影、測(cè)量、管道檢測(cè)、防火監(jiān)視、醫(yī)療內(nèi)窺檢查乃至公安、邊防等方面，它們也大有用武之地。在當(dāng)今信息化時(shí)代，魚眼鏡頭又在導(dǎo)航、定位、遙感、光通信、機(jī)器視覺、微小智能系統(tǒng)等領(lǐng)域得到成功應(yīng)用；而在國(guó)防和軍事上，它們更是占有重要而不可替代的地位，但魚眼鏡頭的設(shè)計(jì)比常規(guī)系統(tǒng)困難得多，魚眼相機(jī)一次可拍攝約180度視場(chǎng)范圍的景物，同普通光學(xué)系統(tǒng)的相機(jī)相比，魚眼照片包含了更多的信息。因此，魚眼相機(jī)在視覺導(dǎo)航和近距離大視場(chǎng)物體識(shí)別與定位中有著廣泛應(yīng)用。但是，由于魚眼鏡頭的特殊性導(dǎo)致魚眼相機(jī)有著非常嚴(yán)重的圖像變形，魚眼鏡頭的成像平面不是平面，而是近似于球狀的曲面，因此，魚眼鏡頭成像不是理想的透視投影。高精度標(biāo)定魚眼鏡頭參數(shù)成為魚眼視覺系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)之一，其參數(shù)中有一項(xiàng)最重要的就是光學(xué)系統(tǒng)的畸變。雖然畸變并不影響圖像清晰度，但是光學(xué)系統(tǒng)有畸變卻直接影響成像的幾何位置精度，視場(chǎng)越大畸變?cè)酱?。為了得到?zhǔn)確的幾何位置圖像，雖然光學(xué)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于不同視場(chǎng)的畸變盡可能進(jìn)行校正，但是由于加工和裝配必然會(huì)產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致最終成型的光學(xué)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)結(jié)果存在較大偏差，這就要求需要對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的畸變量進(jìn)行精確測(cè)量，設(shè)法找出光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際畸變誤差分布，必要時(shí)用數(shù)學(xué)的方法予以修正，以達(dá)到提高精度的目的。目前尚沒有專門用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變標(biāo)定的裝置或方法，偶見報(bào)道使用專門制作的靶標(biāo)進(jìn)行定性驗(yàn)證，此方法弊端較多:不同類型的f-θ光學(xué)系統(tǒng)需設(shè)計(jì)不同的靶標(biāo)，無法實(shí)現(xiàn)通用性；即使同一個(gè)f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)在不同物距條件下，靶標(biāo)大小也不一樣；靶標(biāo)制作比較復(fù)雜；測(cè)量精度低，受到靶標(biāo)制作和標(biāo)定的影響，最終畸變標(biāo)定精度在百分之一左右；靶標(biāo)是平面圖形，無法提供真實(shí)的曲面效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置及方法，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同物距目標(biāo)的提供。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種Θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，其特征在于:所述測(cè)試裝置包括依次設(shè)置的轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)上的導(dǎo)軌、被標(biāo)定的光學(xué)系統(tǒng)物方的目標(biāo)發(fā)生器、被標(biāo)定光學(xué)系統(tǒng)的像方的像分析器。
[0005]上述目標(biāo)發(fā)生器包括依次設(shè)置在導(dǎo)軌上的光源、準(zhǔn)直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標(biāo)微縮鏡，所述光源、準(zhǔn)直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標(biāo)微縮鏡設(shè)置在同一光軸上。
[0006]上述像分析器包括成像物鏡、探測(cè)器以及三維移動(dòng)支架；所述成像物鏡根據(jù)一定的成像關(guān)系與探測(cè)器連接，所述成像物鏡和探測(cè)器設(shè)置在三維維移動(dòng)支架上。
[0007]上述測(cè)試裝置還包括計(jì)算單元,所述計(jì)算單元包括計(jì)算機(jī),所述計(jì)算機(jī)包括控制轉(zhuǎn)臺(tái)、導(dǎo)軌、二維移動(dòng)支架運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制單元以及計(jì)算畸變的計(jì)算處理單元。
[0008]上述像分析器和計(jì)算機(jī)設(shè)置在平臺(tái)上，所述像分析器的前端設(shè)置用于固定Θ光學(xué)系統(tǒng)的專用工裝。
[0009]上述轉(zhuǎn)臺(tái)和導(dǎo)軌是手動(dòng)形式或者電動(dòng)控制。
[0010]上述目標(biāo)發(fā)生器外部設(shè)置黑箱，所述黑箱是進(jìn)行發(fā)黑處理的金屬箱體或者黑布罩。
[0011]一種f- Θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟:
[0012]1)將目標(biāo)發(fā)生器固定在長(zhǎng)導(dǎo)軌載物臺(tái)上，通過長(zhǎng)導(dǎo)軌的移動(dòng)，給出不同距離的目標(biāo)；
[0013]2)將長(zhǎng)導(dǎo)軌安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，將f-θ光學(xué)系統(tǒng)裝在專用工裝上；長(zhǎng)導(dǎo)軌前后移動(dòng)，使目標(biāo)位于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)工作距離處，目標(biāo)經(jīng)f-θ光學(xué)系統(tǒng)成像后由像分析器接收；
[0014]3)光源發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡后變?yōu)闇?zhǔn)直光出射，經(jīng)濾光片轉(zhuǎn)換為所需要的波長(zhǎng)后，再次經(jīng)過聚光鏡照亮星孔板，被照亮的星孔板經(jīng)目標(biāo)微縮鏡后縮小成像，作為最終目標(biāo)提供給被測(cè)Θ光學(xué)系統(tǒng)；
[0015]4)最終目標(biāo)像經(jīng)成像物鏡后被探測(cè)器接收；
[0016]5)在計(jì)算機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，自動(dòng)控制軟件控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)角度，同時(shí)聯(lián)動(dòng)控制二維移動(dòng)支架在像面垂直被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)平移，此時(shí)會(huì)在像分析器的探測(cè)器上顯示目標(biāo)經(jīng)f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)所成的像，同時(shí)采集轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度、三維移動(dòng)支架移動(dòng)的長(zhǎng)度、目標(biāo)圖像；
[0017]6)自動(dòng)控制軟件控制轉(zhuǎn)臺(tái)在f-θ光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)視場(chǎng)角后，完成控制采集工作，得到一系列的轉(zhuǎn)臺(tái)角度Q1、二維移動(dòng)支架的長(zhǎng)度Ji和目標(biāo)圖像；
[0018]7)讀取目標(biāo)圖像中星點(diǎn)像的位置信息Ii,再根據(jù)畸變算法計(jì)算f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)不同視場(chǎng)的畸變。
[0019]步驟7 )中畸變算法計(jì)算方法是:
【權(quán)利要求】
1.一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，其特征在于:所述測(cè)試裝置包括依次設(shè)置的轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)上的導(dǎo)軌、被標(biāo)定的光學(xué)系統(tǒng)物方的目標(biāo)發(fā)生器、被標(biāo)定光學(xué)系統(tǒng)的像方的像分析器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，其特征在于:所述目標(biāo)發(fā)生器包括依次設(shè)置在導(dǎo)軌上的光源、準(zhǔn)直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標(biāo)微縮鏡，所述光源、準(zhǔn)直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標(biāo)微縮鏡設(shè)置在同一光軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，其特征在于:所述像分析器包括成像物鏡、探測(cè)器以及三維移動(dòng)支架；所述成像物鏡根據(jù)一定的成像關(guān)系與探測(cè)器連接，所述成像物鏡和探測(cè)器設(shè)置在三維移動(dòng)支架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于f-Θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，其特征在于:所述測(cè)試裝置還包括計(jì)算單元，所述計(jì)算單元包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)包括控制轉(zhuǎn)臺(tái)、導(dǎo)軌、二維移動(dòng)支架運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制單元以及計(jì)算畸變的計(jì)算處理單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，其特征在于:所述像分析器和計(jì)算機(jī)設(shè)置在平臺(tái)上，所述像分析器的前端設(shè)置用于固定f-θ光學(xué)系統(tǒng)的專用工裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)臺(tái)和導(dǎo)軌是手動(dòng)形式或者電動(dòng)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，其特征在于:所述目標(biāo)發(fā)生器外部設(shè)置黑箱，所述黑箱是進(jìn)行發(fā)黑處理的金屬箱體或者黑布罩。
8.一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 1)將目標(biāo)發(fā)生器固定在長(zhǎng)導(dǎo)軌載物臺(tái)上，通過長(zhǎng)`導(dǎo)軌的移動(dòng)，給出不同距離的目標(biāo)； 2)將長(zhǎng)導(dǎo)軌安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，將Θ光學(xué)系統(tǒng)裝在專用工裝上；長(zhǎng)導(dǎo)軌前后移動(dòng)，使目標(biāo)位于Θ光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)工作距離處； 3)光源發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡后變?yōu)闇?zhǔn)直光出射，經(jīng)濾光片轉(zhuǎn)換為所需要的波長(zhǎng)后，再次經(jīng)過聚光鏡照亮星孔板，被照亮的星孔板經(jīng)目標(biāo)微縮鏡后縮小成像，作為最終目標(biāo)提供給被測(cè)f- θ光學(xué)系統(tǒng)； 4)調(diào)整目標(biāo)發(fā)生器光軸、Θ光學(xué)系統(tǒng)光軸和像分析器視軸位于一條直線上，沿f-Θ光學(xué)系統(tǒng)光軸方向調(diào)節(jié)像分析器二維移動(dòng)支架，使其位于最佳像面位置； 5)在計(jì)算機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，自動(dòng)控制軟件控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)角度，同時(shí)聯(lián)動(dòng)控制三維移動(dòng)支架在像面垂直被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)平移，此時(shí)會(huì)在像分析器的探測(cè)器上顯示目標(biāo)經(jīng)f- Θ光學(xué)系統(tǒng)所成的像，同時(shí)采集轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度、三維移動(dòng)支架移動(dòng)的長(zhǎng)度、目標(biāo)圖像； 6)自動(dòng)控制軟件控制轉(zhuǎn)臺(tái)在f-θ光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)視場(chǎng)角后，完成控制采集工作，得到一系列的轉(zhuǎn)臺(tái)角度Q1、二維移動(dòng)支架的長(zhǎng)度'和目標(biāo)圖像； 7)讀取目標(biāo)圖像中星點(diǎn)像的位置信息Ii,再根據(jù)畸變算法計(jì)算f_Θ光學(xué)系統(tǒng)不同視場(chǎng)的畸變。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試方法，其特征在于:所述步驟7)中畸變算法計(jì)算方法是: δ y=Y1-fgwi (O
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103499433SQ201310468730
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】周艷, 趙建科, 張潔, 徐亮, 昌明, 劉峰, 胡丹丹 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所