本實(shí)用新型屬于光學(xué)測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對星載/機(jī)載成像/監(jiān)視相機(jī)對有限遠(yuǎn)目標(biāo)或無窮遠(yuǎn)目標(biāo)成像質(zhì)量的檢測設(shè)備，具體涉及一種分劃板可自旋的景物模擬器。

背景技術(shù)：

景物模擬器是一種在地面上模擬測試目標(biāo)，以便對被測相機(jī)的識(shí)別算法、成像質(zhì)量進(jìn)行功能和性能測試的檢測設(shè)備。

相機(jī)景物模擬器是星載或機(jī)載控制分系統(tǒng)地面測試設(shè)備的組成部分，用于地面測試中對被測相機(jī)的功能和性能的測試。景物模擬器以刻劃于光學(xué)分劃板上的景物目標(biāo)或采用電子器件(如TFT-LCD、LCOS、DMD等)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)，模擬目標(biāo)所透出的光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直后，可模擬來自無窮遠(yuǎn)處的景物，產(chǎn)生較大空間較大尺度的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)模擬景物圖，作為被測相機(jī)的觀測目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)室條件下產(chǎn)生類似真空目標(biāo)的觀測效果，以供其完成目標(biāo)識(shí)別、姿態(tài)確定、極性檢查等任務(wù)。

隨著航天和航空技術(shù)水品的發(fā)展，目前星載或機(jī)載光學(xué)儀器已經(jīng)不僅僅對無窮遠(yuǎn)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視成像，如嫦娥三號衛(wèi)星中的全景相機(jī)的成像距離為5m至無窮遠(yuǎn)，而對于機(jī)載監(jiān)視相機(jī)的成像距離現(xiàn)在也提出了超近距離成像的要求(如艙內(nèi)監(jiān)視等)，因此，對于具有超近距離 至無窮遠(yuǎn)成像的相機(jī)，就必須對其近距離目標(biāo)的成像能力、中遠(yuǎn)距離目標(biāo)的成像能力和對無窮遠(yuǎn)目標(biāo)的成像能力進(jìn)行全面測試，才能準(zhǔn)確的評價(jià)相機(jī)的成像性能是否滿足使用要求。

對于上述提到的對相機(jī)的近距離目標(biāo)和無窮遠(yuǎn)目標(biāo)成像能力的評價(jià)，目前國際上統(tǒng)一的評價(jià)方式就是采用景物模擬器來模擬近距離或無窮遠(yuǎn)目標(biāo)，被測相機(jī)對景物模擬器模擬的不同距離的場景圖像進(jìn)行成像采集，然后對相機(jī)進(jìn)行性能指標(biāo)評價(jià)。

目前，國內(nèi)外通用的無窮遠(yuǎn)景物模擬器為平行光管，通過在光學(xué)系統(tǒng)焦平面上安裝靜態(tài)分劃板或者動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器模擬無窮遠(yuǎn)目標(biāo)，對被測相機(jī)進(jìn)行成像質(zhì)量測試與評價(jià)；而對于有限遠(yuǎn)目標(biāo)的模擬，方法有兩種，第一種是通過對平行光管焦面上安裝的目標(biāo)板進(jìn)行離焦，來模擬有限遠(yuǎn)的景物目標(biāo)，第二種是定制有限遠(yuǎn)的景物模擬器。

中國專利，申請?zhí)枮?01610083082X，專利名稱為一種大視場超大動(dòng)態(tài)范圍物距的景物模擬器系統(tǒng)公開了一種技術(shù)方案解決了同時(shí)模擬近距離和無窮遠(yuǎn)目標(biāo)對被測相機(jī)進(jìn)行成像質(zhì)量測試與評價(jià)；該模擬器包括物鏡組件、分劃板、光源、測微頭和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是增加了像質(zhì)補(bǔ)償鏡；

該景物模擬器的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示：物鏡組件1、像質(zhì)補(bǔ)償鏡2、分劃板3、光源4設(shè)置在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)6內(nèi)部；像質(zhì)補(bǔ)償鏡2設(shè)置在物鏡組件1的焦平面前；分劃板3設(shè)置在物鏡組件1的焦平面上；光源4設(shè)置在分劃板3的正后方；其中，像質(zhì)補(bǔ)償鏡2和分劃板3的相對位置不變，通過微測頭5可調(diào)整像質(zhì)補(bǔ)償鏡2與物鏡組件1之間的間距。該景物模 擬器的工作原理是：通過安裝在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上的光源照亮分劃板，分劃板上刻有特定的景物圖像。從分劃板上輸出的光束首先經(jīng)過像質(zhì)補(bǔ)償鏡后再經(jīng)過物鏡組件出射，物鏡組件將分劃板成像到無窮遠(yuǎn)位置，像質(zhì)補(bǔ)償鏡的作用是補(bǔ)償物鏡組件在模擬不同物距景物目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生的剩余像差；通過微測頭調(diào)整像質(zhì)補(bǔ)償鏡與物鏡組件之間的間距，從而實(shí)現(xiàn)不同物距景物目標(biāo)的模擬功能。

但是對于該景物模擬器的缺陷是，即要測試被測相機(jī)不同參數(shù)時(shí)(傳函、信噪比、畸變等)需要更換對應(yīng)的分劃板，這使得儀器成本升高、測試過程復(fù)雜，甚至?xí)霈F(xiàn)因需更換分劃板而關(guān)閉整個(gè)設(shè)備的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種在不需要更換分劃板的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)被測相機(jī)不同參數(shù)測試的分劃板可自旋的景物模擬器。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：

本實(shí)用新型提供了一種分劃板可自旋的景物模擬器，包括物鏡組件、分劃板、光源、像質(zhì)補(bǔ)償鏡和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)；

物鏡組件、像質(zhì)補(bǔ)償鏡、分劃板、光源均設(shè)置在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部；像質(zhì)補(bǔ)償鏡設(shè)置在物鏡組件的焦平面前；分劃板設(shè)置在物鏡組件的焦平面上；光源設(shè)置在分劃板的正后方；其中，像質(zhì)補(bǔ)償鏡和分劃板的相對位置不變，像質(zhì)補(bǔ)償鏡與物鏡組件之間的間距可調(diào)節(jié)；

其改進(jìn)之處是：還包括安裝在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)外部用于提供分劃板 旋轉(zhuǎn)的電機(jī)；所述分劃板上劃分有多個(gè)景物圖像區(qū)，多個(gè)景物圖像區(qū)分別用于模擬被測相機(jī)的不同參數(shù)；所述參數(shù)為被測相機(jī)的成像質(zhì)量。

進(jìn)一步的說，機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)包括第一筒體、第二筒體以及第三筒體；所述第二筒體一端套裝第一筒體，另一端套裝第三筒體；所述第一筒體相對第二筒體只能沿軸向滑動(dòng)；第三筒體相對第二筒體只能作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；第一筒體內(nèi)安裝物鏡組件；第二筒體內(nèi)安裝像質(zhì)補(bǔ)償鏡；第三筒體內(nèi)安裝分劃板和光源；所述電機(jī)的輸出軸與第三筒體外壁連接用于驅(qū)動(dòng)第三筒體旋轉(zhuǎn)。

為了增加電機(jī)安裝后的穩(wěn)定性，該模擬器還包括多個(gè)連接臂，多個(gè)連接臂呈倒U字形，多個(gè)連接臂的一端與第二筒體的端面固連，另一端懸空用于安裝電機(jī)，電機(jī)的輸出軸與第三筒體端面固連。

具體的說，該模擬器還包括安裝在第一筒體和第二筒體之間的用于調(diào)節(jié)像質(zhì)補(bǔ)償鏡與物鏡組件之間間距的測微頭以及消除間隙的彈簧。

由于結(jié)構(gòu)的特殊要求，該模擬器用于提供光源能量的裝置為安裝在電機(jī)輸出軸上的導(dǎo)電滑環(huán)。

上述參數(shù)包括傳函值、信噪比、畸變值以及對比度

上述光源為一個(gè)均勻面光源。

光學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)輕量化，上述第一筒體、第二筒體以及第三筒體均采用鎂鋁合金制成。

上述電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本實(shí)用新型通過在一片分劃板上分塊刻畫多個(gè)不同景物圖像，可實(shí)現(xiàn)在一次測試中得到被測相機(jī)在各不同區(qū)域的不同結(jié)果，之后通過分劃板的旋轉(zhuǎn)，便可得到被測相機(jī)整個(gè)視場內(nèi)的多種測試結(jié)果，省去了制作多個(gè)分劃板及更換分劃板的繁瑣，避免了因更換分劃板而關(guān)閉整個(gè)設(shè)備的情況出現(xiàn)。

2、本實(shí)用新型提供了通過在焦面組件前增加像質(zhì)補(bǔ)償鏡，實(shí)現(xiàn)了0.5m至無窮遠(yuǎn)景物目標(biāo)的模擬功能，解決了傳統(tǒng)景物模擬只能模擬100倍焦距至無窮遠(yuǎn)物距景物模擬的缺點(diǎn)。

3、本實(shí)用新型的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)輕量化，第一筒體、第二筒體以及第三筒體均使用輕質(zhì)鎂鋁合金，整個(gè)系統(tǒng)的重量僅為200g。

附圖說明

圖1為背景技術(shù)中大視場超大動(dòng)態(tài)范圍物距的景物模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型所景物模擬器光路圖；

圖3是本實(shí)用新型景物模擬器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4、5是本實(shí)用新型景物模擬器系統(tǒng)軸測示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖3、4、5，本實(shí)用新型提供了一種分劃板可自旋的景物模擬器，包括物鏡組件1、分劃板3、光源4、像質(zhì)補(bǔ)償鏡2和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)6；

物鏡組件1、像質(zhì)補(bǔ)償鏡2、分劃板3、光源4均設(shè)置在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)5內(nèi)部；像質(zhì)補(bǔ)償鏡2設(shè)置在物鏡組件1的焦平面前；分劃板3設(shè)置在物鏡組件1的焦平面上；光源4設(shè)置在分劃板3的正后方；其中，像質(zhì)補(bǔ)償鏡2和分劃板3的相對位置不變，像質(zhì)補(bǔ)償鏡2與物鏡組件1之間的間距可調(diào)節(jié)；上述基本結(jié)構(gòu)可以模擬0.5m至無窮遠(yuǎn)距離的景物目標(biāo)，其物距模擬精度可以達(dá)到1％；

根據(jù)幾何光學(xué)高斯公式，可以得出系統(tǒng)模擬不同距離l景物目標(biāo)時(shí)，景物模擬器焦面組件的離焦量x為：

$x=\frac{f^2}{l-f}$

式中：x為景物模擬器焦面組件的離焦，單位：mm；

f為景物模擬的焦距，單位：mm；

l為景物模擬器需要模擬的景物距離，單位：mm。

但是實(shí)際工作中僅僅是可以模擬0.5m至無窮遠(yuǎn)距離的景物目標(biāo)不夠的，由于被測相機(jī)擁有不同參數(shù)，這樣就需要關(guān)掉設(shè)備來更換分劃板，因此本實(shí)用新型的主要改進(jìn)就是，該景物模擬器還包括安裝在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)5外部用于提供分劃板3旋轉(zhuǎn)的電機(jī)7(電機(jī)通常采用步進(jìn)電機(jī)，可以很容易的控制分劃板的旋轉(zhuǎn)角度)；分劃板3上劃分有多個(gè)景物圖像區(qū)，多個(gè)景物圖像區(qū)分別用于模擬被測相機(jī)的不同參數(shù)；參數(shù)實(shí)際為被測相機(jī)的成像質(zhì)量，具體說，參數(shù)包括傳函值、信噪比、畸變值以及對比度等。

通過這樣的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)在一次測試中得到被測相機(jī)在各不同區(qū)域的不同結(jié)果，之后通過分劃板的旋轉(zhuǎn)，便可得到被測相機(jī)整個(gè)視場 內(nèi)的多種測試結(jié)果，省去了制作多個(gè)分劃板及更換分劃板的繁瑣，避免了因更換分劃板而關(guān)閉整個(gè)設(shè)備的情況出現(xiàn)。

進(jìn)一步的說，本實(shí)用新型中機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)5包括第一筒體8、第二筒體9以及第三筒體10；所述第二筒體9一端套裝第一筒體8，另一端套裝第三筒體10；所述第一筒體8相對第二筒體9只能沿軸向滑動(dòng)(從而調(diào)節(jié)像質(zhì)補(bǔ)償鏡和物鏡組件之間的距離)；第三筒體10相對第二筒體9只能作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(第三筒體旋轉(zhuǎn)，第一筒體和第二筒體不能旋轉(zhuǎn))；第一筒體8內(nèi)安裝物鏡組件1；第二筒體9內(nèi)安裝像質(zhì)補(bǔ)償鏡2；第三筒體10內(nèi)安裝分劃板3和光源4；所電機(jī)7的輸出軸與第三筒體10外壁連接用于驅(qū)動(dòng)第三筒體旋轉(zhuǎn)。

這樣的設(shè)計(jì)可以有效的保證物鏡組件和像質(zhì)補(bǔ)償鏡之間距離調(diào)節(jié)的同時(shí)，第三筒體可旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)分劃板和光源旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)不停機(jī)的測試不同參數(shù)的目的。

需要補(bǔ)充解釋說明的是：物鏡組件為正光焦度，物鏡組件用來將焦平面上安裝的分劃板成像到有限遠(yuǎn)或者無窮遠(yuǎn)位置。

像質(zhì)補(bǔ)償鏡為負(fù)光焦度，設(shè)置在物鏡組件焦面的前方，用來補(bǔ)償整個(gè)景物模擬器在模擬不同距離景物時(shí)物鏡組件產(chǎn)生的像差。

上述光源為一個(gè)均勻面光源。

為了增加電機(jī)安裝后的穩(wěn)定性，該模擬器還包括多個(gè)連接臂11，多個(gè)連接臂11呈倒U字形，多個(gè)連接臂11的一端與第二筒體9的端面固連，另一端懸空用于安裝電機(jī)7，電機(jī)7的輸出軸與第三筒體10端面固連。

具體的說，該模擬器還包括安裝在第一筒體8和第二筒體9之間的用于調(diào)節(jié)像質(zhì)補(bǔ)償鏡與物鏡組件之間間距的測微頭5以及消除間隙的彈簧12。

由于結(jié)構(gòu)的特殊要求，該模擬器用于提供光源能量的裝置為安裝在電機(jī)輸出軸上的導(dǎo)電滑環(huán)13。需要補(bǔ)充說明的是：導(dǎo)電滑環(huán)的一半連接在可自旋的光源上，一半連接在固定不動(dòng)的電機(jī)法蘭上。

光學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)輕量化，本實(shí)用新型的第一筒體、第二筒體和第三筒體采用鎂鋁合金制成，整個(gè)系統(tǒng)的重量僅為200g。

本實(shí)用新型提供的一種大視場超大動(dòng)態(tài)范圍物距且分劃板可自旋的景物模擬器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理是：

通過安裝在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)5上的光源4照亮分劃板3，分劃板3上刻有多種特定的景物圖像；從分劃板3上輸出的光束首先經(jīng)過像質(zhì)補(bǔ)償鏡組件2后再經(jīng)過物鏡組件1出射，物鏡組件1將分劃板3成像到無窮遠(yuǎn)位置，像質(zhì)補(bǔ)償鏡2的作用是補(bǔ)償物鏡系統(tǒng)1在模擬不同物距景物目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生的剩余像差；測微頭5安裝在第一筒體8和第二筒體9的外壁上，用來調(diào)整像質(zhì)補(bǔ)償鏡2與物鏡組件1的間距，從而實(shí)現(xiàn)不同物距景物目標(biāo)的模擬功能；彈簧12也安裝在系統(tǒng)外側(cè)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，用來限定測微頭5的調(diào)節(jié)距離和消除系統(tǒng)間隙；導(dǎo)電滑環(huán)13設(shè)置在光源4和電機(jī)7之間，其為一對超薄導(dǎo)電滑環(huán)，一半連接在可自旋的光源4上，一半連接在固定不動(dòng)的電機(jī)法蘭上，用于為自旋的光源4提供電力；電機(jī)7通過多個(gè)連接臂11與第二筒體9上固定為一體，電機(jī)7的輸出軸與第三 筒體10固連用于提供分劃板3及光源4自旋的轉(zhuǎn)矩。