CN209927419U - 一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，包括大口径离轴反射式平行光管组件、CCD摄像机、图像采集处理组件和三维调整平台；大口径离轴反射式平行光管组件、CCD摄像机、图像采集处理组件安装在三维调整平台上；大口径离轴反射式平行光管组件包括多光谱光源、十字靶标、分光镜、次反射镜、主反射镜、衰减片以及用于自准直的平面反射镜；在次反射镜与十字靶标之间设置分光镜，十字靶标的前面设置多光谱光源，分光镜旁设置CCD摄像机，主反射镜与次反射镜配合，平面反射镜设置在主反射镜前面。本实用新型可广泛应用于各种平台多波段光电设备多光轴一致性检测和校准。

Description

一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置

技术领域

本实用新型涉及光电设备检测技术领域，更具体地说，涉及一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，它适用于多光谱光电设备的光轴一致性定量测试和校准。

背景技术

光电设备在夜视、高精度跟踪和反隐身等方面具有明显的优势，已成为高技术军民用装备发展的一个重点。光电设备常配置可见光成像装置、激光测距机、中波红外热像仪和长波红外热像仪等光电传感器，覆盖波段宽，存在可见光、激光、中波红外和长波红外等多个光轴，光轴之间的一致性是衡量多光谱光电设备系统性能的一项关键技术指标，它制约着光电设备的瞄准精度和激光测距距离。在实际生产和装调过程中，由于受加工误差、装调设备精度以及环境条件影响，各光轴之间的一致性会发生漂移，因此必须对光电设备进行多光轴一致性检测和校准，使多光轴一致性误差控制在测量精度允许的范围之内，以保证光电设备的使用性能。

目前常用的光轴一致性测试方法主要有：投影靶法、激光相纸检测法、五棱镜法、小口径平行光管法等。投影靶法和激光相纸检测法结构简单，成本低，但随机误差较大，精度受限；五棱镜法常用于检测双筒望远镜光轴一致性，通用性不强；小口径平行光管法优点是制作较容易且轻便，缺点是口径小，平行光束很难浸没整个被测系统，误差环节较多，精度不高。

实用新型内容

针对常用的光轴一致性测试方法的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，采用大口径离轴反射式平行光管法、光电检测技术和数字图像处理技术，解决了现有的检测装置测量口径小、测量随机误差大、测量精度受限的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，包括大口径离轴反射式平行光管组件、CCD摄像机、图像采集处理组件和三维调整平台；

大口径离轴反射式平行光管组件、CCD摄像机、图像采集处理组件安装在三维调整平台上；

大口径离轴反射式平行光管组件包括多光谱光源、十字靶标、分光镜、次反射镜、主反射镜、衰减片以及用于自准直的平面反射镜；

CCD摄像机设置在大口径离轴反射式平行光管组件中由分光镜形成的CCD摄像机支路焦面上，CCD摄像机的敏感面中心对准CCD摄像机支路主光轴；图像采集处理组件与CCD摄像机通过电缆连接；

在次反射镜与十字靶标之间设置分光镜，十字靶标的前面设置多光谱光源，分光镜的旁边设置CCD摄像机，主反射镜与次反射镜配合，自准直的平面反射镜设置在主反射镜前面，垂直于大口径离轴反射式平行光管组件的主光轴。多光谱光源、十字靶标、分光镜、次反射镜、主反射镜组成平行光管支路。主反射镜、次反射镜、分光镜和衰减片组成CCD摄像机支路。

作为优选方式，分光镜与CCD摄像机之间设置衰减片，衰减片用于衰减被测光电设备激光测距机发射的脉冲激光能量，避免损坏CCD摄像机。

作为优选方式，衰减片为OD:1.0、OD:2.0、OD:3.0三块不同衰减倍率的衰减片组合。

作为优选方式，主反射镜为抛物面镜，二次曲面系数k＝-1；次反射镜为双曲面镜，二次曲面系数k<-1。

作为优选方式，平面反射镜采用K9玻璃，表面镀银和介质保护膜。

作为优选方式，分光镜45°放置形成一对共轭焦面，在其中一个焦面上放置十字靶标，使用多光谱光源照射，形成点光源；另一个焦面上放置CCD摄像机，用于检测设置于所述大口径离轴反射式平行光管组件前面的被测光电设备激光光斑位置。大口径离轴反射式平行光管组件，当用CCD采集激光光斑时，通过分光镜可将十字靶标的自准直像反射到CCD上，得到被测光电设备激光的瞄准中心，当被测光电设备通过平行光路发射激光时，该分光镜反射激光，在CCD上得到激光光斑的图像，CCD摄像机采集十字靶标的自准直像和被测光电设备激光光斑信号，输出数字图像信号。

作为优选方式，分光镜采用多光谱CVDZnS材料。

作为优选方式，采用口径250mm以上的离轴反射式长焦距光学系统，工作波段为0.5μm～12μm。

作为优选方式，多光谱光源采用卤素灯,工作波段为0.5μm～12μm。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型基于光电设备多光轴一致性检测的需求，设计了一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，可实现多波段光电设备可见光/激光/中波/长波两两光轴一致性的现场动态定量测量和校准。本装置具有光谱范围宽、像质好、测量精度高、操作简单、实用性强等优点，可广泛应用于各种平台光电设备多光轴一致性检测和校准。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例中一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置的结构示意图；

图2为图1中大口径离轴反射式平行光管组件光路图；

图3为图2中平行光管支路调制传递函数MTF；

图4为图2中CCD摄像机支路调制传递函数MTF；

图中，1-多光谱光源，2-十字靶标，3-分光镜，4-次反射镜，5-主反射镜，6-衰减片，7-平面反射镜，100-大口径离轴反射式平行光管组件，200-CCD摄像机，300-图像采集处理组件，400-三维调整平台。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1和图2所示，一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，包括大口径离轴反射式平行光管组件100、CCD摄像机200、图像采集处理组件300和三维调整平台400；

CCD摄像机200设置在大口径离轴反射式平行光管组件100中由分光镜形成的CCD摄像机支路焦面上，CCD摄像机200的敏感面中心对准CCD摄像机支路主光轴。图像采集处理组件300与CCD摄像机200通过电缆连接；

大口径离轴反射式平行光管组件100、CCD摄像机200、图像采集处理组件300安装在三维调整平台400上；

大口径离轴反射式平行光管组件100包括多光谱光源1、十字靶标2、分光镜3、次反射镜4、主反射镜5、衰减片6以及用于自准直的平面反射镜7；

在次反射镜4与十字靶标2之间设置分光镜3，十字靶标2的前面设置多光谱光源1，分光镜3的旁边设置CCD摄像机200(CCD摄像机200包括：CCD传感器及成像模块)，主反射镜5与次反射镜4配合，自准直的平面反射镜7设置在主反射镜5前面，垂直于大口径离轴反射式平行光管组件100的主光轴。多光谱光源1、十字靶标2、分光镜3、次反射镜4、主反射镜5组成平行光管支路。主反射镜5、次反射镜4、分光镜3和衰减片6组成CCD摄像机支路。

在一个优选实施例中，分光镜3与CCD摄像机200之间设置衰减片6，衰减片6用于衰减被测光电设备激光测距机发射的脉冲激光能量，避免损坏CCD摄像机200。

在一个优选实施例中，衰减片6为OD:1.0、OD:2.0、OD:3.0三块不同衰减倍率的衰减片组合。

在一个优选实施例中，图像采集处理组件300包括：Dalsa X64-CL图像采集卡、IPC-911B-H工控机及FPGA图像数据处理软件。

图像采集处理组件300对输入的CCD摄像机200数字图像信号，以及被测光电设备可见光成像装置和中波、长波红外热像仪对十字靶标2成像信号进行处理，计算出被测光电设备两两光轴之间的偏差。

在一个优选实施例中，主反射镜5为抛物面镜，二次曲面系数k＝-1；次反射镜4为双曲面镜，二次曲面系数k<-1。

在一个优选实施例中，平面反射镜7用于反射十字靶标2的自准直像，得到被测光电设备激光的瞄准中心，采用K9玻璃，表面镀银和介质保护膜。

在一个优选实施例中，分光镜3 45°放置形成一对共轭焦面，在其中一个焦面上放置十字靶标2，使用多光谱光源1照射，形成点光源；另一个焦面上放置CCD摄像机200，用于检测设置于所述大口径离轴反射式平行光管组件100前面的被测光电设备激光光斑位置。大口径离轴反射式平行光管组件100，当用CCD采集激光光斑时，通过分光镜3可将十字靶标2的自准直像反射到CCD上，得到被测光电设备激光的瞄准中心，当被测光电设备通过平行光路发射激光时，该分光镜3反射激光，在CCD上得到激光光斑的图像，CCD摄像机200采集十字靶标2的自准直像和被测光电设备激光光斑信号，输出数字图像信号。

在一个优选实施例中，分光镜3采用多光谱CVDZnS材料。

在一个优选实施例中，平行光管的口径D＝300mm，焦距f＝3600mm，视场2ω＝0.3°，工作波段λ＝0.5μm～12μm。

在一个优选实施例中，多光谱光源1采用卤素灯，工作波段为0.5μm～12μm。

平行光管光路如图2所示，本系统波长越长，光学设计越容易达到衍射极限，因此设计过程中主要考虑1.064μm波段，本系统在室温条件下使用，1.064μm处的调制传递函数MTF如图3所示，从调制传递函数可以看出，平行光管光学支路像质接近衍射极限，满足使用要求。

CCD摄像机200支路的运行方式为：被测光电设备发射的1.064μm激光，经过所述主反射镜5初次反射、次反射镜4二次反射、多光谱CVDZnS分光镜3三次反射，再经衰减片6衰减透射，最后会聚到CCD摄像机200的焦面上成像，并输出激光光斑图像。CCD摄像机200采集十字靶标2的自准直像和被测光电设备1.064μm激光光斑信号，输出数字图像信号。在室温条件下使用，1.064μm处的调制传递函数MTF如图4所示，从调制传递函数可以看出，CCD摄像机200光学支路像质接近衍射极限，满足使用要求。

图像采集处理组件300对输入的CCD数字图像信号以及被测光电设备可见光成像装置和中波、长波红外热像仪对多光谱光源1成像信号进行处理，并检测、提取目标大小、灰度等级和光斑质心位置，快速计算被测光电设备各光轴之间的偏差。

本实用新型的技术方案中，由大口径离轴反射式平行光管组件100提供准直光源并接收辐射光线，CCD摄像机200采集并输出十字靶标2的自准直像以及被测光电设备激光光斑的数字图像信号，通过图像采集处理组件300快速计算出被测光电设备各光轴之间的偏差，从而实现了光电设备的多光轴一致性定量测试和校准。

大口径离轴反射式平行光管法采用大口径离轴抛物面反射镜产生平行光束，反射系统受材料限制比较小，便于做到大口径和轻量化设计，没有色差；离轴反射系统相对于同轴反射系统，视场较大且没有中心遮拦，像质好、透过率高。大口径离轴反射式平行光管法误差环节少、测量精度高，可应用于高精度的多光轴一致性检测和校正系统中。

与现有技术相比，本实用新型的优势在于：

1.采用离轴反射式实现了大口径和轻量化设计；

2.本装置视场较大且没有中心遮拦，输出图像质量好；

3.实时计算出多光轴一致性测试和校准结果，测量精度高。

本实用新型的装置结构简单、操作方便、快捷准确，可快速测试和校准各种平台光电设备多光轴的一致性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，其特征在于：包括大口径离轴反射式平行光管组件、CCD摄像机、图像采集处理组件和三维调整平台；

大口径离轴反射式平行光管组件、CCD摄像机、图像采集处理组件安装在三维调整平台上；

大口径离轴反射式平行光管组件包括多光谱光源、十字靶标、分光镜、次反射镜、主反射镜、衰减片以及用于自准直的平面反射镜；

CCD摄像机设置在大口径离轴反射式平行光管组件中由分光镜形成的CCD摄像机支路焦面上，CCD摄像机的敏感面中心对准CCD摄像机支路主光轴；

在次反射镜与十字靶标之间设置分光镜，十字靶标的前面设置多光谱光源，分光镜的旁边设置CCD摄像机，主反射镜与次反射镜配合，自准直的平面反射镜设置在主反射镜前面，垂直于大口径离轴反射式平行光管组件的主光轴。

2.根据权利要求1所述的一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，其特征在于：分光镜与CCD摄像机之间设置衰减片，衰减片用于衰减被测光电设备激光测距机发射的脉冲激光能量，避免损坏CCD摄像机。

3.根据权利要求2所述的一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，其特征在于：衰减片为OD:1.0、OD:2.0、OD:3.0三块不同衰减倍率的衰减片组合。

4.根据权利要求1所述的一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，其特征在于：主反射镜为抛物面镜，二次曲面系数k＝-1；次反射镜为双曲面镜，二次曲面系数k<-1。

5.根据权利要求1所述的一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，其特征在于：平面反射镜采用K9玻璃，表面镀银和介质保护膜。

6.根据权利要求1所述的一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，其特征在于：分光镜45°放置形成一对共轭焦面，在其中一个焦面上放置十字靶标，使用多光谱光源照射，形成点光源；另一个焦面上放置CCD摄像机，用于检测设置于所述大口径离轴反射式平行光管组件前面的被测光电设备激光光斑位置。

7.根据权利要求1或6所述的一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，其特征在于：分光镜采用多光谱CVDZnS材料。

8.根据权利要求1所述的一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，其特征在于：采用口径250mm以上的离轴反射式长焦距光学系统，工作波段为0.5μm～12μm。

9.根据权利要求1所述的一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置，其特征在于：多光谱光源采用卤素灯,工作波段为0.5μm～12μm。

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