CN1632500A - 多波段综合光电性能野外在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波段综合光电性能野外在线测量装置，其结构是由白微光分划目标光源和照度对比度与图案扫描控制电路连接，组成智能程控分划板；由面源黑体目标光源和温差控制电路连接，组成红外靶标发生器；由红外点目标与激光脉冲光场模拟光源和功率控制与编码控制电路连接，组成红外点光源与激光光场模拟发射器；上述三部分分别与在支承工作架上支承连接的卡塞格林平行光管相接；上述三部分中的控制电路分别连接在工控单元的串行接口上；在工控单元上设有接收被检光电系统反映结果输出的电路接口。本发明适于野外在线操作，可对被检光电系统光电性能进行野外在线综合测量。

Description

多波段综合光电性能野外在线测量装置

技术领域

本发明涉及一种光学系统光学性能综合测试装置，具体地说是一种多波段综合光电性能野外在线测量装置。

背景技术

目前用于光电性能测量的仪器、设备大多是单项参数或同一波段的综合测量，不仅体积、质量大，智能化程度低，而且多在实验室内使用。上世纪70年代开始到80年代中期，在国际上相继研制出了一系列传函测量仪，像英国伊灵·贝克(Ealing 8L Beck)公司的EROS系列传递函数测量仪、美国Tropel公司的MTF测量仪、我国的GCH-1型传函仪等。这些都是白光波段单项参数的测量仪器，不仅操作复杂，而且易受环境因素干扰，测量耗时费力，效率比较低下。自上世纪九十年代以来，几个发达国家相继开发出了一些光电测量仪器设备，如西德莱兹(Leitz)公司生产的OTF测定装置，奥普通(Opton)公司生产的KVI型MTF物镜检查仪，以及Hofbauer-optik公司生产的MTFVARIANT和UNILENS测量仪等，还有美国Optikos公司的Video MTF ImageAnalysis System和Coherent-Ealing MTF、热像测试设备等。这些仪器虽然自动化、智能化程度大有提高，但仍然是单波段性能测试，而且白光性能测试没有从根本上实现目标场景的模拟和测试结果采集处理输出的全自动化，况且设备笨重，不能应用于野外光电系统的在线测量。

发明内容

本发明的目的就是提供一种集各波段测量功能综合于一体的多波段综合光电性能野外在线测量装置，通过提高装置的集成化程度、缩小体积、减轻重量，从而实现被检光电系统光电性能的全自动野外在线测量。

本发明的目的是这样实现的：该测量装置是由白微光分划目标光源和照度对比度与图案扫描控制电路连接，组成智能程控分划板；由面源黑体目标光源和温差控制电路连接，组成红外靶标发生器；由红外点目标与激光脉冲光场模拟光源和功率控制与编码控制电路连接，组成红外点光源与激光光场模拟发射器；上述三部分分别与在支承工作架上支承连接的卡塞格林平行光管相接；上述三部分中的控制电路分别连接在工控单元的输出串行接口上；在工控单元上设有接收被检光电系统反映结果输出的电路接口。

本发明通过智能程控分划板、红外靶标发生器、红外点光源与激光光场模拟发射器等与卡塞格林平行光管的分别连接，发出白微光、红外热像、红外电视和激光等各个波段的用于光学性能检测的模拟光源或检测信号，通过被检光电系统上的相应物镜分别接收后，输出相应的反映结果或信号。这些反映结果或信号通过电路接口再回传到工控单元，经工控单元中的微计算机采集处理后，直接输出相应的性能参数测量结果。采用这种结构，使得检测过程可以实现程控化，从而实现了被检光电系统的多波段光电性能的自动在线测量。本发明的关键就在于此。

本发明还可这样实现：所述的电路接口包括有USB接口和接收被检光电系统激光反映结果的并行接口；图像采集卡的输出端与USB接口相接，图像采集卡的输入端与从被检光电系统目视窗口摄取成像信号的像分析器及CCD的输出端相接，在图像采集卡上还设有接收被检光电系统视频输出信号的输入端；接收被检光电系统激光发射信号的峰值功率采集器的输出端通过电压采集卡与USB接口相接。

这样，本测量装置对于被检光电系统的白光、微光或红外热成像等的反映输出结果，可从被检光电系统的目视窗口中直接观测，以直接测取相应的性能参数。也可通过像分析器及CCD摄取该输出结果，经过仪器的分析后得出测量结果。还可将像分析器及CCD摄取的图像信号通过图像采集卡和USB接口直接传输到工控单元，经工控单元中的微计算机采集处理后，输出相应的性能参数测量结果。对于被检光电系统的红外热像或红外电视等的反映输出结果，还可通过被检光电系统的视频输出端子，直接经图像采集卡和USB接口传输到工控单元，由其中的微计算机采集处理后，输出相应的性能参数测量结果。也可将被检光电系统的电子信号输出端与工控单元中微计算机的并行接口直接连接，利用微计算机直接采集被检光电系统的激光测距回波、通讯指令等反映结果，经微计算机计算处理后，输出相应性能参数的测量结果。对于被检光电系统的激光发射输出信号，可利用峰值功率采集器采集连续的激光脉冲光斑和峰值功率，检测结果转换成电信号后，经电压采集卡和USB接口传输到工控单元中，以测取到激光光斑尺寸、发散角、峰值等性能参数。由此实现了被检光电系统的多波段光电性能的在线综合测量。

本发明是在工控单元中的微计算机系统中配装采集、控制和处理软件，并加装图像采集卡、电压采集卡，加装包含智能程控分划板、红外靶标发生器、红外点光源与激光光场模拟发射器这三部分中的控制电路的目标场景控制电路板等硬件。通过在卡塞格林平行光管上安装智能程控分划板、红外靶标发生器、红外点光源与激光光场模拟发射器，实现各波段场景的模拟。通过支承工作架，实现卡塞格林平行光管与峰值功率采集器、图像分析器及CCD三者之间以及与被检光电系统的准直定焦，从而在工控单元中的微机串行接口、并行接口和USB接口控制下，实现白微光仪器的分辨率、视差、倍率、畸变、MTF等性能参数，红外热成像器件的MRTD、MDTD、SiTF、MTF等性能参数，红外电视测角仪视距评估、激光测距与制导光场模拟检测、重频脉冲激光峰值功率与连续激光光斑随时间变化规律等二十余项性能参数的测量。

本发明的技术创新点之一，是利用照度对比度与图案扫描控制电路和白微光分划目标光源的结合，在工控单元的控制下，形成一个照度、对比度、分划图案可调的自扫描白微光智能程控分划板。它可使得分辨图案、刀口图案、玻罗板图案等均可按照微机上设置的参数进行自扫描显示，而其照度、对比度等均可按相应的标准进行自动控制。这样，在对被检光电系统中白微光的各种相关性能参数进行测量时，就可避免原有各种分划板的人工更换，从而提高了白微光波段性能参数检测的工作效率和自动化程度，并且由于其照度、对比度等是通过工控单元按相应标准进行自动控制的，由此也使得相关性能参数的测量精度有所提高。

本发明的技术创新点之二，是利用温差控制电路与面源黑体目标光源的结合，在工控单元的控制下，形成一个黑体辐射与环境温差及图案可控的红外靶标发生器。这样，在对被检光电系统中红外热成像的各种相关性能参数进行测量时，就可使得四杆靶、方形靶、圆形靶、狭缝靶等按所需测试的参数自动旋转切换，目标温度可用温差控制电路和电热元件(帕尔贴)进行稳定的控制，并可对目标温度和背景温度之差进行实时准确地监测和调节，由此提高了相关性能参数的测量精度。采用这种结构形式的红外靶标发生器，可仅使用一个结构小巧的面源黑体，改变了原有红外靶标发生器使用的两个大箱体结构的面源黑体，由此就使得红外靶标发生器的体积大为降低，促进了本测量装置整体体积的减小。

本发明的技术创新点之三，是利用红外点目标与激光脉冲光场模拟光源和功率控制与编码控制电路的结合，形成了一个集红外点光源模拟、激光测距与制导光场模拟、激光发射性能光电转换等功能综合于一体的收发性能测试头(即红外光源与激光光场模拟发射器)，该测试头可连接发出功率可调的红外光束，发散角为0.02mard，相当于一个点光源，可实现红外电视测角仪或红外测角仪的作用距离仿真评估，同时还可以进行任意功率、任意时序(频率、占空比、回波个数)、任意持续时间的激光测距与制导光场模拟，从而测量出激光接收器件的计数解码性能。

本发明的技术创新点之四，是在接收反映结果或信号的电路接口之前，设计加装了一个峰值功率采集器。该峰值功率采集器含有一个大视场、长焦距、体积小的摄远物镜光学系统，配以一个高频率脉冲保持展宽放电电路，由此可实现高精度的连续激光脉冲光斑采集和峰值功率采集，从而提高了对被检光电系统激光光斑尺寸、发散角和峰值功率等参数的测量精度。

本发明测量装置，结构紧凑，各部分拆装组合方便，便于携带，测试功能多样，自动化程度高，适于野外在线操作，因而可对被检光电系统光电性能进行野外在线测量。由此克服了原有测量装置只能单波段、单项参数地在实验室中对被检光电系统进行的测量弊端。因而其通用性好，且实用性更强，使用价值更高，对提高被测装备和光电仪器设备的工作性能，有着积极的促进作用。

附图说明

附图是本发明测量装置的结构框图。

具体实施方式

如附图所示，本发明测量装置是由白微光分划目标光源1a和照度对比度与图案扫描控制电路1b连接，组成智能程控分划板1；由面源黑体目标光源2a和温差控制电路2b连接，组成红外靶标发生器2；由红外点目标与激光脉冲光场模拟光源3a和功率控制与编码控制电路3b连接，组成红外点光源与激光光场模拟发射器3。智能程控分划板1、红外靶标发生器2和红外点光源与激光光场模拟发射器3分别与在支承工作架5上支承连接的卡塞格林平行光管6相连接。各目标光源或模拟光源的控制电路分别连接在工控单元4输出端的串行接口4a上。各目标光源或模拟光源均可采用已知结构的光学测量部件，各控制电路也可采用常规的电路结构搭建，并制成控制电路板，安装于工控单元4中的微机系统中。

在工控单元4上设有接收被检光电系统反映结果的电路接口，该电路接口包括有USB接口4b和接收被检光电系统激光反映结果的并行接口4c。图像采集卡7的输出端与USB接口4b相接，图像采集卡7的输入端与像分析器及CCD 10的输出端相接，图像采集卡7上有另一输入端与被检光电系统视频输出端子11e相接。峰值功率采集器9的输出端通过电压采集卡8与USB接口4b相接。各结构部件均有已知或定型结构的相应部件。

本发明中的工控单元4为本测量装置的各部件提供系列的常用电源，并通过其中的微计算机系统，对白微光的分划图案进行自控调整，对红外热成像的各种靶标进行自动切换，对红外热像的目标与背景的温差进行实时精确监测和调节，对红外点目标或激光光场的模拟发射进行控制，对被检光电系统的输出结果进行自动采集、计算，并打印输出准确的测量结果。工控单元4可采用工业塑料压模设计，重量轻，便携行，还可进行功能扩展，如增加紫外等波段的性能测试，并留有接口，可实现有线或无线数据通信，为被检光电系统的性能测试计量，提供了一个良好的工作平台。本发明中的支承工作架5是用以支承连接卡塞格林平行光管6、峰值功率采集器9、像分析器及CCD摄像头等，并使相互间保持准直定焦，为本测量装置的可靠工作，提供了空间位置保障。卡塞格林平行光管6是实现多波段综合光电性能检测的重要部件之一，最好采用本申请人设计的专利产品(专利号ZL01201745)，其特点是可达到理论上的焦点与无穷远处物点的共扼，无像差存在，因而精度高，体积小，重量轻，所以特别适用于在本发明中对白微光观瞄、红外热成像、红外电视和激光等多种综合光学系统进行多波段、多光轴的测量校验。

附图中，被检综合光电系统11中的接收物镜，如白微光接收物镜11a、红外热像接收物镜11b、红外电视测角或激光测距回波、通讯指令等的接收物镜11c等，与卡塞格林平行光管6相对，以接收相应的目标光源或模拟光源，再经被检综合光电系统11作用后，产生相应的输出信号。其中的白光、微光输出信号可在被检光电系统的目视窗口11d直接观测到；也可由附接的像分析器及CCD 10摄取，得出分析结果；或经图像采集卡7，传送到工控单元4，由微计算机处理并输出相应的性能测试和评估结果。对于被检光电系统11的红外热像或红外电视等的反映输出结果，通过被检光电系统的视频输出端子11e，直接经图像采集卡7和USB接口4b传输到工控单元4，由其中的微计算机采集处理后，输出相应的性能参数测量结果。对于被检光电系统11的激光测距回波或通讯指令等的反映结果，可直接输出到工控单元4中微计算机的并行接口4c，经微计算机计算处理后，输出相应性能参数的测量结果。

被检光电系统11的激光发射输出信号是由峰值功率采集器9接收，经电压采集卡8传至工控单元4的USB接口4b，由微计算机处理，输出相应的性能检测结果。像分析器及CCD 10还可与峰值功率采集器9准直定焦，即可通过峰值功率采集器9中摄远物镜所接收的激光光斑等图像类结果，由像分析器及CCD 10摄取，再经图像采集卡7、USB接口4b传至工控单元4，由工控单元4进行处理，输出相关的测量结果，从而拓展了本装置的测量内容。

Claims (3)

1、一种多波段综合光电性能野外在线测量装置，其特征在于由白微光分划目标光源(1a)和照度对比度与图案扫描控制电路(1b)连接组成智能程控分划板(1)；由面源黑体目标光源(2a)和温差控制电路(2b)连接组成红外靶标发生器(2)；由红外点目标与激光脉冲光场模拟光源(3a)和功率控制与编码控制电路(3b)连接组成红外点光源与激光光场模拟发射器(3)；上述三部分分别与在支承工作架(5)上支承连接的卡塞格林平行光管(6)相接；上述三部分中的控制电路分别连接在工控单元(4)的输出串行接口(4a)上；在工控单元(4)上设有接收被检光电系统反映结果输出的电路接口。

2、根据权利要求1所述的多波段综合光电性能野外在线测量装置，其特征在于所述的电路接口包括有USB接口(4b)和接收被检光电系统激光反映结果的并行接口(4c)；图像采集卡(7)的输出端与USB接口(4b)相接，图像采集卡(7)的输入端与从被检光电系统目视窗口摄取成像信号的像分析器及CCD(10)的输出端相接，在图像采集卡(7)上还设有接收被检光电系统视频输出信号的输入端；接收被检光电系统激光发射信号的峰值功率采集器(9)的输出端通过电压采集卡(8)与USB接口(4b)相接。

3、根据权利要求2所述的多波段综合光电性能野外在线测量装置，其特征在于像分析器及CCD(10)还与峰值功率采集器(9)准直定焦。

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