CN101776453B - 一种光学成像对中测量装置 - Google Patents

Abstract

一种光学成像对中测量装置，能够高精度的确定两物体的相对位置。该装置包括面阵CCD、光学镜头、视频处理电路、LED红光光源、球面反光镜，各部分的位置及连接关系：在平面上安装面阵CCD、光学镜头、视频处理电路、LED红光光源，在另外的平面上安装三个高反射率球面反光镜，用红光光源照亮三个球面反光镜，三个反光镜的质心为平面的中心，相机对反光镜的成像由视频处理电路计算出该质心的脱靶量及三个反光镜的像的坐标，将这些数值发送给控制装置，控制相机平面沿X、Y、Z方向移动，使得质心和CCD靶面中心重合且将三个目标像点中心移动到事先确定的CCD靶面坐标上，即完成了两平面的对中。该测量装置简单，对中精度高，体积小，易于安装和应用。

Description

一种光学成像对中测量装置

技术领域

本发明涉及一种光学成像对中测量装置，能够高精度的确定两物体的相对位置。

背景技术

在导弹火炮发射领域，发射车和装填车需要进入固定的相对位置上，因此需要一种快速、精确的测量装置。

通常为确定两物体的相对位置采用的方法是用高精度经纬仪对两个物体上的固定合作目标分别进行测量，但是这种测量方法所采用的测量仪器价格昂贵，使用条件要求高，容易损坏，移动性差，应用在导弹火炮发射领域十分困难。其他的测量方式在精度、可靠性等方面都有较大的限制。

此发明一种价格低廉，安装方便，精度、可靠性高的对中测量装置，在需要进行高精度对中的很多领域都有比较广泛的应用。

发明内容

本发明中三个目标点采用的是球面反光镜，相对于平面镜和漫反射目标，球面反光镜具有反射角度大、反射能力强的特点，反射角度大的优点是可以选用视场较小的相机就能够捕获目标点，因而可以降低成本，反射能力强则可以获得对比度较高的像点，另外，相机对球面反射镜所成像的形状较为规则，这些特点都使得后续的视频处理更加容易，在另一平面上安装了三个球面反射镜，在镜头前装滤光片，这样相机所成的像就是球面反射镜反射LED红光光源形成的，使得成像的像质均匀且大大减少了其他反射光的干扰。

a)要解决的技术问题

为保障对中的精度，首先应该根据具体的应用通过理论计算和实验确定相机的焦距和视场，目的是为了能够清晰的捕获足够范围内的目标，其次通过实验确定三个球面镜合作目标的大小以及安装的位置，目的是为了能够获得清晰的目标的像。

b)发明的技术方案

一种光学成像对中测量装置，其特征在于该装置包括面阵CCD1、光学镜头2、视频处理电路3、LED红光光源4、球面反光镜5、CCD安装平面6、反光镜安装平面7；

各部分的位置及连接关系：首先在平面6上安装面阵CCD1、光学镜头2、视频处理电路3、LED红光光源4，在另外的不反光平面7上安装三个高反射率球面反光镜5，用红光光源4照亮三个球面反光镜5，三个球面反光镜的质心E为平面的中心，相机对反光镜的成像由视频处理电路(3)计算出该质心的脱靶量及三个反光镜的像的坐标(A、B、C)，将这些数值发送给控制装置，控制相机平面沿X、Y、Z方向移动，使得质心E和CCD1靶面中心O重合，且将三个目标像点中心移动到事先确定的CCD1靶面坐标(a、b、c)上，即实现两平面的对中；所述光学镜头(2)前安装红光滤光片(8)，保证球面反光镜(5)的像能够成像在面阵CCD(1)靶面上。

该对中设备采用光学成像的方案，首先在一个平面上安装面阵CCD1以及红光光源，在另外的一个平面上安装A、B、C三个高反射率圆形目标即球面反光镜，平面的其余部分不反光。用红光光源照亮三个目标点，三个目标点的质心为平面的中心，通过面阵CCD1对目标点的成像计算出该质心的脱靶量，控制面阵CCD1平面移动，使得质心E和CCD靶面中心O重合且将三个目标像点中心移动到事先确定的CCD靶面坐标上，此时两平面恢复到了之前固定的位置上。实现对中的目的。

c)发明的优点

本发明所采用光学对中测量装置简单，对中精度高，体积小，易于安装和应用，在需要进行高精度对中的很多领域都有比较广泛的应用。

附图说明

附图1为光学成像对中装置组成框图；

附图2为光学成像对中测量装置简化结构图；

附图3为CCD靶面成像示意图；

附图4为像点测量示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本测量装置采用的系统包括：面阵CCD1、光学镜头2、视频处理电路3、LED红光光源4、球面反光镜5、CCD安装平面6、反光镜安装平面7，(如图2所示)。

光学镜头2能够保证球面反光镜5的像能够成像在面阵CCD1靶面上。

处理电路3对图像数字信号进行实时处理，完成面阵CCD1图像数据的采集、处理和输出。

测量方法及工作过程：

如附图2，用红光光源4照亮三个球面反光镜5，三个球面反光镜的质心为平面的中心，通过面阵CCD1对反光镜的成像由视频处理电路3计算出该质心的脱靶量及三个球面反光镜的像的坐标，如附图3，A(x1，y1)、B(x2，y2)、C(x3，y3)三点为球面反光镜在CCD1靶面上所成的像的中心(坐标)，A、B、C三点以及△ABC中心坐标的确定通过下面的计算及附图4说明。

当测量装置与测量目标中心位置偏离时，测量目标在面阵CCD1上的成像就会不在CCD靶面中心，以X方向的测量过程为例进行原理分析，如附图4所示。

设球面反光镜的像点为圆形且直径为D，偏离的中心距离为X，物方距离为L，光学镜头焦距为f，成像到CCD上的圆直径为d，偏离CCD靶面中心为x，根据三角形定理，有：

$\frac{D}{L}=\frac{d}{f}---\left(1\right)$

$\frac{X}{L}=\frac{x}{f}---\left(2\right)$

根据公式(1)和公式(2)，可推导出在X方向偏离中心的坐标距离为：

$X=\frac{x\·D}{d}---\left(3\right)$

同理，可得出在Y方向偏离中心的坐标距离为：

$Y=\frac{y\·D}{d}---\left(4\right)$

由此便可以确定A、B、C点的坐标值。

O(0，0)为靶面的中心，△ABC为等边三角形，E(x，y)点为△ABC的质心，

结合附噾3，根据以下计算可以得出E点的坐标：

由于△ABC为等边三角形，F即为

的中点，因此F点的坐标为：

由于

因此可得E点坐标：

$x=\frac{x_1+x_2+x_3}{3}---\left(5\right)$

$y=\frac{y_1+y_2+y_3}{3}---\left(6\right)$

将A、B、C三点的坐标以及质心脱靶量E点坐标输出给其他的控制装置，首先用脱靶量控制面阵CCD1平面移动使得质心E和靶面中心O点重合，然后通过对平面的旋转和延Z轴方向移动，使A、B、C分别和事先确定CCD靶面坐标(a、b、c)对应重合，至此完成了CCD安装平面6、球面反光镜安装平面7的对中。

Claims (3)

1.一种光学成像对中测量装置，其特征在于该装置包括面阵CCD(1)、光学镜头(2)、视频处理电路(3)、LED红光光源(4)、球面反光镜(5)、CCD安装平面(6)、反光镜安装平面(7)；

各部分的位置及连接关系：首先在CCD安装平面(6)上安装面阵CCD(1)、光学镜头(2)、视频处理电路(3)、LED红光光源(4)，在反光镜安装平面(7)上安装三个高反射率球面反光镜(5)，用红光光源(4)照亮三个球面反光镜(5)，三个球面反光镜的质心E为反光镜安装平面(7)的中心，面阵CCD(1)对球面反光镜的成像由视频处理电路(3)计算出该质心的脱靶量及三个球面反光镜的像的坐标(A、B、C)，将这些数值发送给控制装置，由控制装置控制面阵CCD(1)平面沿X、Y、Z方向移动，使得质心E和面阵CCD(1)靶面中心O重合且将三个球面反光镜的像的坐标移动到事先确定的面阵CCD(1)靶面坐标(a、b、c)上，即实现CCD安装平面(6)和反光镜安装平面(7)的对中；

所述光学镜头(2)前安装红光滤光片(8)，保证球面反光镜(5)的像能够成像在面阵CCD(1)靶面上。

2.根据权利要求1所述的一种光学成像对中测量装置，其特征在于所述视频处理电路(3)对图像数字信号进行实时处理，完成面阵CCD(1)图像数据的采集、处理和输出。

3.根据权利要求1所述的一种光学成像对中测量装置，其特征在于采用球面反光镜(5)作为反射目标。

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