CN103278143A - 基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法，涉及红外热像仪的零位走动量测试，尤其是一种基于图像采集技术进行分析处理的基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法。本发明的基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法，其特征在于该测试装置包括机架、光学自准仪、离轴抛物镜、平面反射镜、红外光源、图像采集卡以及计算分析装置，光学自准仪和离轴抛物镜分别设置在机架两端，图像采集卡与计算装置连接，平面反射镜安装在离轴抛物镜与红外光源之间。本发明的基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法，以采集后的数字图像建立坐标系，精确计算出目标点的微小零位走动量的测量方法。
Description
技术领域
本发明涉及红外热像仪的零位走动量测试，尤其是一种基于图像采集技术进行分析处理的基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法。
背景技术
热像仪光电系统由于其结构的复杂性，在恶劣的环境下使用，如高低温环境或震动环境中，其光轴会发生变化，如果偏差太大，将严重影响系统的瞄准性能。零位走动量作为衡量红外热像仪结构与光轴稳定性的关键指标，影响着热像仪观瞄系统的瞄准精度和武器系统的命中率。因此，在所有红外热像仪的质量检验评价中，零位走动量是重要的参数指标和评价依据，是红外热像仪整机测试的必检项目。因此，研究热像仪零位走动量可靠、准确的测试方法就成为一种迫切的需求。
目前，测试零位走动量的常规方法是：利用红外准直仪模拟无穷远目标，通常为点目标；使用光学自准仪分化板和高精度二维转台，人工转动调整转台，完成观瞄系统环境实验前后的机械复位，保证视场中心的一致性，来测量环境试验前后热像仪光轴移动的偏差量，即零位走动量。但此种方法存在以下不足：测试精度主要依靠二维转台精度、目视对齐程度来保证，受设备精度的制约和人为主观因素的影响，测试不确定度中引入误差较多，测试精度难以保证；另外，单台产品进行测试时，为了保证环境试验前后机械复位的一致性，该测试系统在整个环境试验的周期内都将被占用，直到该台产品测试完毕后才可进行其他测试，造成单台产品对测试系统的占用时间过长，零位走动量单项测试效率低下，不能满足红外产品产业化、市场化发展的需求。
发明内容
本发明所要解决的就是目前零位走动量测试中，受设备精度的制约和人为主观因素的影响，误差较多，同时测试效率低下的问题，提供一种基于图像采集技术进行分析处理的基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法。
本发明的基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法，其特征在于该测试装置包括机架、光学自准仪、离轴抛物镜、平面反射镜、红外光源、图像采集卡以及计算分析装置，光学自准仪和离轴抛物镜分别设置在机架两端，图像采集卡与计算装置连接，平面反射镜安装在离轴抛物镜与红外光源之间，红外光源经过平面反射镜折射到离轴抛物镜上后形成无穷远红外模拟目标点成像至热像仪上。
所述的测试方法采用高分辨率图像采集卡，对热像仪接收红外光源后的视频进行实时采集，并建立像素空间相对坐标系，目标点在坐标系中的位置被明确定义，待热像仪完成环境试验后，利用同样方法对目标点再次进行采集计算，得出环境试验前后两次目标点之间的相对位移量，即可准确获得热像仪的零位走动量，具体测试步骤如下：
（1）将热像仪放置于调节支架上，位于光学自准仪与离轴抛物镜之间，调整热像仪光轴与测试系统光轴对齐，开启红外目标模拟器和热像仪，红外光源通过离轴抛物镜和平面反射镜形成模拟无穷远红外目标，并在热像仪视频上清晰呈现目标像点；
（2）利用图像采集卡将热像仪视频进行实时采集，建立像素空间坐标系，明确目标像点的坐标位置，确定目标像点的质心I坐标并记录；
（3）调节光学自准仪，并在热像仪与光学自准仪之间设置工艺反射镜，使光学自准仪的光标通过工艺反射镜反射后，成清晰的自准直像，调节光学自准仪的俯仰旋钮，使自准直像与光学自准仪的十字分化线中心重合，读取光学自准仪俯仰旋钮度数，并记录作为机械复位基准；
（4）取下热像仪进行环境试验，待实验完成后，将热像仪再次放入本测试系统光路中，进行机械复位后，重复（1）、（2）步骤，再次得到一个新的目标像点的质心II坐标，对比前后两个质心坐标，得到两坐标的偏移量，该偏移量即为该台热像仪的零位走动量。
本发明的基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法，以采集后的数字图像建立坐标系，屏蔽了利用二维转台和人眼对齐引入的设备误差和人为误差，采用先进的软件算法，建立热像仪光学视场与电视场之间的等效换算关系，精确计算出目标点的微小零位走动量的测量方法，实现了基于机器视觉的分析测试功能，对有效控制热像仪质量，提供了可靠准确的判别和评价的参数依据，满足了红外成像产品产业化市场化发展的需求。
本发明的测试方法的特点为：
（1）通过图像采集，建立相对位置坐标，进行目标点抽象“质心”化，可准确的获得目标像点的位置坐标，并可实时记录位置坐标，操作简便，减少了测试人员目视对齐和测试转台精度有限引入的不确定度，在减少设备误差，人为误差的基础上提高了测试精度，并解决单台测试占用测试设备时间过长，测试效率低下的问题，满足红外热像仪零位走动测试数据准确、可靠、数据重复性强等测试要求；
(2)新方法在原有测试设备上，去除二维数显转台，仅需要一个图像采集装置和后端分析计算程序就可实现，不增加测试设备硬件投入，成本小，效率高。
附图说明
图1为本发明测试装置结构示意图。
图2为本发明热像仪视频图像转换示意图。
图3为本发明目标点偏移量示意图。
其中，机架1，光学自准仪2，离轴抛物镜3，平面反射镜4，红外光源5，计算分析装置6，热像仪7，热像仪光轴8，测试系统光轴9，工艺反射镜10，质心I 11，质心II 12。
具体实施方式
实施例1：一种基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法，该测试装置包括机架1、光学自准仪2、离轴抛物镜3、平面反射镜4、红外光源5、图像采集卡以及计算分析装置6，光学自准仪2和离轴抛物镜3分别设置在机架1两端，图像采集卡与计算装置连接，平面反射镜4安装在离轴抛物镜3与红外光源5之间，红外光源5经过平面反射镜4折射到离轴抛物镜3上后形成无穷远红外模拟目标点成像至热像仪7上。
零位走动量的测试方法采用高分辨率图像采集卡，对热像仪7接收红外光源5后的视频进行实时采集，并建立像素空间相对坐标系，目标点在坐标系中的位置被明确定义，待热像仪7完成环境试验后，利用同样方法对目标点再次进行采集计算，得出环境试验前后两次目标点之间的相对位移量，即可准确获得热像仪7的零位走动量，具体测试步骤如下：
（1）将热像仪7放置于调节支架上，位于光学自准仪2与离轴抛物镜3之间，调整热像仪光轴8与测试系统光轴9对齐，开启红外目标模拟器和热像仪7，红外光源5通过离轴抛物镜3和平面反射镜4形成模拟无穷远红外目标，并在热像仪7视频上清晰呈现目标像点；
（2）利用图像采集卡将热像仪7视频进行实时采集，建立像素空间坐标系，明确目标像点的坐标位置，确定目标像点的质心I 11坐标并记录；
（3）调节光学自准仪2，并在热像仪7与光学自准仪2之间设置工艺反射镜10，使光学自准仪2的光标通过工艺反射镜10反射后，成清晰的自准直像，调节光学自准仪2的俯仰旋钮，使自准直像与光学自准仪2的十字分化线中心重合，读取光学自准仪2俯仰旋钮度数，并记录作为机械复位基准；
（4）取下热像仪7进行环境试验，待实验完成后，将热像仪7再次放入本测试系统光路中，进行机械复位后，重复（1）、（2）步骤，再次得到一个新的目标像点的质心II 12坐标，对比前后两个质心坐标，得到两坐标的偏移量，该偏移量即为该台热像仪7的零位走动量。
Claims (2)
1.一种基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法，其特征在于该测试装置包括机架（1）、光学自准仪（2）、离轴抛物镜（3）、平面反射镜（4）、红外光源（5）、图像采集卡以及计算分析装置（6），光学自准仪（2）和离轴抛物镜（3）分别设置在机架（1）两端，图像采集卡与计算装置连接，平面反射镜（4）安装在离轴抛物镜（3）与红外光源（5）之间，红外光源（5）经过平面反射镜（4）折射到离轴抛物镜（3）上后形成无穷远红外模拟目标点成像至热像仪（7）上。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的零位走动量测试装置及方法，其特征在于所述的测试方法采用高分辨率图像采集卡，对热像仪（7）接收红外光源（5）后的视频进行实时采集，并建立像素空间相对坐标系，目标点在坐标系中的位置被明确定义，待热像仪（7）完成环境试验后，利用同样方法对目标点再次进行采集计算，得出环境试验前后两次目标点之间的相对位移量，即可准确获得热像仪（7）的零位走动量，具体测试步骤如下：
（1）将热像仪（7）放置于调节支架上，位于光学自准仪（2）与离轴抛物镜（3）之间，调整热像仪光轴（8）与测试系统光轴（9）对齐，开启红外目标模拟器和热像仪（7），红外光源（5）通过离轴抛物镜（3）和平面反射镜（4）形成模拟无穷远红外目标，并在热像仪（7）视频上清晰呈现目标像点；
（2）利用图像采集卡将热像仪（7）视频进行实时采集，建立像素空间坐标系，明确目标像点的坐标位置，确定目标像点的质心I（11）坐标并记录；
（3）调节光学自准仪（2），并在热像仪（7）与光学自准仪（2）之间设置工艺反射镜（10），使光学自准仪（2）的光标通过工艺反射镜（10）反射后，成清晰的自准直像，调节光学自准仪（2）的俯仰旋钮，使自准直像与光学自准仪（2）的十字分化线中心重合，读取光学自准仪（2）俯仰旋钮度数，并记录作为机械复位基准；
（4）取下热像仪（7）进行环境试验，待实验完成后，将热像仪（7）再次放入本测试系统光路中，进行机械复位后，重复（1）、（2）步骤，再次得到一个新的目标像点的质心II（12）坐标，对比前后两个质心坐标，得到两坐标的偏移量，该偏移量即为该台热像仪（7）的零位走动量。
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