一種用于f-θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種用于f-θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，包括依次設(shè)置的轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺上的導(dǎo)軌、被標定的光學系統(tǒng)物方的目標發(fā)生器、被標定光學系統(tǒng)的像方的像分析器。本實用新型的一種用于f-θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，可同時實現(xiàn)不同物距目標的提供。
【專利說明】一種用于f-θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光學測試領(lǐng)域，涉及一種用于標定f- Θ光學系統(tǒng)畸變的裝置，尤其涉及一種用于f- Θ結(jié)構(gòu)形式的光學相機在與探測器對接前光學系統(tǒng)畸變的標定。
【背景技術(shù)】
[0002]f- Θ光學系統(tǒng)俗稱魚眼鏡頭，其視場可達180度以上，其在攝影方面的特殊應(yīng)用已是眾所周知，然而，魚眼鏡頭的用途遠不止此。在天文、氣象、電影、測量、管道檢測、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。在當今信息化時代，魚眼鏡頭又在導(dǎo)航、定位、遙感、光通信、機器視覺、微小智能系統(tǒng)等領(lǐng)域得到成功應(yīng)用；而在國防和軍事上，它們更是占有重要而不可替代的地位，但魚眼鏡頭的設(shè)計比常規(guī)系統(tǒng)困難得多，魚眼相機一次可拍攝約180度視場范圍的景物，同普通光學系統(tǒng)的相機相比，魚眼照片包含了更多的信息。因此，魚眼相機在視覺導(dǎo)航和近距離大視場物體識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)致魚眼相機有著非常嚴重的圖像變形，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)中有一項最重要的就是光學系統(tǒng)的畸變。雖然畸變并不影響圖像清晰度，但是光學系統(tǒng)有畸變卻直接影響成像的幾何位置精度，視場越大畸變越大。為了得到準確的幾何位置圖像，雖然光學系統(tǒng)在設(shè)計時對于不同視場的畸變盡可能進行校正，但是由于加工和裝配必然會產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致最終成型的光學系統(tǒng)與設(shè)計結(jié)果存在較大偏差，這就要求需要對光學系統(tǒng)的畸變量進行精確測量，設(shè)法找出光學系統(tǒng)的實際畸變誤差分布，必要時用數(shù)學的方法予以修正，以達到提高精度的目的。目前尚沒有專門用于f-θ光學系統(tǒng)畸變標定的裝置，偶見報道使用專門制作的靶標進行定性驗證，此方法弊端較多:不同類型的f-θ光學系統(tǒng)需設(shè)計不同的靶標，無法實現(xiàn)通用性；即使同一個f_ Θ光學系統(tǒng)在不同物距條件下，靶標大小也不一樣；靶標制作比較復(fù)雜；測量精度低，受到靶標制作和標定的影響，最終畸變標定精度在百分之一左右；靶標是平面圖形，無法提供真實的曲面效果。
實用新型內(nèi)容
[0003]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本實用新型提出了一種用于f-θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，可同時實現(xiàn)不同物距目標的提供。
[0004]本實用新型的技術(shù)解決方案是:一種f_ Θ光學系統(tǒng)的畸變測試裝置，其特征在于:所述測試裝置包括依次設(shè)置的轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺上的導(dǎo)軌、被標定的光學系統(tǒng)物方的目標發(fā)生器、被標定光學系統(tǒng)的像方的像分析器。
[0005]上述目標發(fā)生器包括依次設(shè)置在導(dǎo)軌上的光源、準直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標微縮鏡，所述光源、準直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標微縮鏡設(shè)置在同一光軸上。
[0006]上述像分析器包括成像物鏡、探測器以及三維移動支架；所述成像物鏡根據(jù)一定的成像關(guān)系與探測器連接，所述成像物鏡和探測器設(shè)置在三維維移動支架上。
[0007]上述測試裝置還包括計算單元，所述計算單元包括計算機，所述計算機包括控制轉(zhuǎn)臺、導(dǎo)軌、二維移動支架運動的自動控制單元以及計算畸變的計算處理單元。
[0008]上述像分析器和計算機設(shè)置在平臺上，所述像分析器的前端設(shè)置用于固定f_ Θ光學系統(tǒng)的專用工裝。
[0009]上述轉(zhuǎn)臺和導(dǎo)軌是手動形式或者電動控制。
[0010]上述目標發(fā)生器外部設(shè)置黑箱，所述黑箱是進行發(fā)黑處理的金屬箱體或者黑布罩。
[0011]本實用新型的優(yōu)點是:
[0012]I)可同時實現(xiàn)不同物距目標的提供；
[0013]2)通過轉(zhuǎn)臺帶動目標模擬器轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)具有曲面效果目標的提供；
[0014]3)目標模擬器中設(shè)計有位置安插光學濾光片和減光板，可以調(diào)節(jié)目標的發(fā)射光譜和信號強弱以滿足不同光學系統(tǒng)的標定需要；
[0015]4)使用該裝置可以實現(xiàn)不同物距、不同工作譜段光學系統(tǒng)的標定，具有通用性，工作效率高；
[0016]5)測量精度高，相對畸變標定精度可以達到萬分之一。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實施方式】
[0018]本實用新型是一種f-θ光學系統(tǒng)的畸變測試裝置，包括轉(zhuǎn)臺1、長導(dǎo)軌2、由光源
4、準直鏡5、濾光片6、聚光鏡7、星孔板8、目標微縮鏡9組成的目標發(fā)生器、專用工裝11、由成像物鏡12、探測器13、三維移動支架14組成的像分析器、計算機15、平臺16組成，計算機15包括自動控制軟件、計算處理軟件；目標發(fā)生器設(shè)置在被標定的光學系統(tǒng)物方，像分析器設(shè)置在被標定光學系統(tǒng)的像方，運動部件與計算機相連，由自動控制軟件控制其運動。
[0019]轉(zhuǎn)臺I的作用是帶動目標發(fā)生器轉(zhuǎn)動，為f_ Θ光學系統(tǒng)提供軸外視場的目標，可以是電控或者手動形式的、能夠給出精密轉(zhuǎn)角的儀器；長導(dǎo)軌2的作用是帶動目標發(fā)生器直線運動，為f-θ光學系統(tǒng)提供有限工作距的目標，可以是手動或者電控的，也可以是其它形式的直線導(dǎo)軌或平移臺等；黑箱3的作用是將目標發(fā)生器的光學元件放置在內(nèi)，防止外界光源的干擾，影響測試結(jié)果，可以是金屬箱體進行發(fā)黑處理，也可以是用黑布罩起來的；
[0020]光源4可以是鹵素燈等一切能發(fā)光的物體，能夠照亮目標分劃板即可，只是光源的亮度及光譜范圍不同而已，要求尺寸盡可能??；準直鏡5的作用是將光源4能量進行準直；濾光片6的作用是根據(jù)被測f-θ光學系統(tǒng)的需要，對光源4進行濾波，提供給f-θ光學系統(tǒng)需要的光譜范圍；聚光鏡7的作用是再次將光源進行會聚；星孔板8是為了給待測試的f_ Θ光學系統(tǒng)提供成像目標；目標微縮鏡9的作用是將星孔板8進行縮放，這樣可以將星孔板8尺寸加大，省去小星孔難加工的難題，并且可以收集到更多的能量；專用工裝11的作用是支撐被測光學系統(tǒng)，并便于光學系統(tǒng)的調(diào)整；[0021]像分析器的作用是將經(jīng)過被測光學系統(tǒng)所成的目標像進行接收；采用探測器13是為了能夠多人實時觀看，可以對任意譜段的光學系統(tǒng)進行測試，并且可以采集圖像用于后續(xù)的結(jié)果計算和處理；三位移動支架14可以帶動成像物鏡和探測器沿被測光學系統(tǒng)光軸前后運動找到像面，并可以帶動成像物鏡和探測器垂直被測光學系統(tǒng)光軸左右運動，采集軸外視場目標像的信息，為了提高測試精度，左右方向的運動要求能夠給出精度比較高的長度信息，可以是帶數(shù)顯或光柵尺的精密移動平臺，也可以是采用激光測距法給出的長度運動信息。
[0022]自動控制軟件可以控制轉(zhuǎn)臺1、長導(dǎo)軌2、三位移動支架14按照需要進行運動；計算處理軟件是結(jié)合被測光學系統(tǒng)設(shè)計實際計算畸變的一種算法；光學平臺16的作用是放置其他設(shè)備，便于調(diào)試測量，可以是任何平臺、支架，只要能夠穩(wěn)定可靠的承載其他設(shè)備即可。
[0023]本實用新型的具體工作過程及原理:
[0024]目標發(fā)生器的工作原理:光源4發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡5后變?yōu)闇手惫獬錾?，?jīng)濾光片6轉(zhuǎn)換為所需要的波長后，再次經(jīng)過聚光鏡7照亮星孔板8，被照亮的星孔板8經(jīng)目標微縮鏡9后縮小成像，作為最終目標提供給被測f_ Θ光學系統(tǒng)；
[0025]將目標發(fā)生器固定在長導(dǎo)軌2載物臺上，通過長導(dǎo)軌2的移動，可以給出不同距離的目標；將長導(dǎo)軌2安裝在轉(zhuǎn)臺I上，再將f_ Θ光學系統(tǒng)裝在專用工裝11上；長導(dǎo)軌2前后移動，使目標位于f-θ光學系統(tǒng)的標準工作距離處，目標經(jīng)f-θ光學系統(tǒng)成像后由像分析器接收；
[0026]像分析器的工作原理:目標像經(jīng)成像物鏡12進行成像后，由探測器13接收，完成最終圖像的采集；調(diào)整目標發(fā)生器光軸、f- Θ光學系統(tǒng)光軸和像分析器視軸位于一條直線上，沿f- Θ光學系統(tǒng)光軸方向調(diào)節(jié)像分析器三維移動支架14，使其位于最佳像面位置，開始測試；
[0027]在計算機15中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，自動控制軟件控制轉(zhuǎn)臺I轉(zhuǎn)動標準角度，同時聯(lián)動控制二維移動支架14在像面垂直被測光學系統(tǒng)平移，此時會在像分析器的探測器13上顯示目標經(jīng)f-θ光學系統(tǒng)所成的像，同時采集轉(zhuǎn)臺I轉(zhuǎn)動的角度、三維移動支架15移動的長度、目標圖像；
[0028]自動控制軟件控制轉(zhuǎn)臺I在f_Θ光學系統(tǒng)視場內(nèi)轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個視場角后，完成控制采集工作，這樣就得到一系列的轉(zhuǎn)臺角度Q1、二維移動支架的長度yi和目標圖像；
[0029]利用計算處理軟件，讀取目標圖像中星點像的位置信息Ii,再計算f_ Θ光學系統(tǒng)不同視場的畸變；
[0030]畸變算法是依據(jù)畸變產(chǎn)生原理，在光學系統(tǒng)像面實測不同視場像高和對應(yīng)的視場角，采用加權(quán)最小二乘法對全視場焦距進行擬合得到最佳焦距。然后由最佳焦距與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的標準角度計算出理論像高，計算理論像高與實測像高之差即為絕對畸變S y。
[0031]δ Y=Y^fg ω t (I)
[0032]其中f即為最佳計算焦距，計算公式如下:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種用于f-θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，其特征在于:所述裝置包括依次設(shè)置的轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺上的導(dǎo)軌、被標定的光學系統(tǒng)物方的目標發(fā)生器、被標定光學系統(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光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，其特征在于:所述目標發(fā)生器包括依次設(shè)置在導(dǎo)軌上的光源、準直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標微縮鏡，所述光源、準直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標微縮鏡設(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光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，其特征在于:所述像分析器包括成像物鏡、探測器以及三維移動支架；所述成像物鏡根據(jù)一定的成像關(guān)系與探測器連接，所述成像物鏡和探測器設(shè)置在三維移動支架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于f_Θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，其特征在于:所述裝置還包括計算單元，所述計算單元包括計算機。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于f-θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，其特征在于:所述像分析器和計算機設(shè)置在平臺上，所述像分析器的前端設(shè)置用于固定f_ Θ光學系統(tǒng)的專用工裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于f-θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)臺和導(dǎo)軌是手動形式或者電動控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于f-θ光學系統(tǒng)畸變的標定裝置，其特征在于:所述目標發(fā)生器外部設(shè)置黑箱，所述黑箱是進行發(fā)黑處理的金屬箱體或者黑布罩。
【文檔編號】G01M11/02GK203606107SQ201320621505
【公開日】2014年5月21日 申請日期: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 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所