CN103353285B - 平台光电仪器的多光轴一致性检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平台光电仪器的多光轴一致性检测装置及其检测方法。该检测装置包括检测主机、支撑机构和数据控制处理系统。本发明采用折反式光学准直系统和多波段靶板与目标光源确定各光学系统的轴线方向，采用CCD瞄准组件采集远处场景中同一固定目标的图像，之后由图像处理模块采用模板匹配方法对图像进行预处理、匹配及光轴平行性计算，得出同一固定目标在不同图像中的位置偏差，进而得出多光学系统之间的光轴一致性检测结果。本检测装置不受光学传感器之间的轴距限制，不需要合作目标，无需标定调节，检测精度高、体积重量小、操作简便、自动化程度高，能够很好的满足野外环境下平台光电仪器的多光轴一致性在线快速检测需求。

Description

平台光电仪器的多光轴一致性检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种光学轴线测量设备，具体地说是一种平台光电仪器的多光轴一致性检测装置及其检测方法。

背景技术

当前，集可见光、微光、红外热成像和激光测距等为一体的多光学传感器集成的平台光电仪器已在各型武器系统上得到了广泛应用，其共同承担了观测瞄准、方位指示、目标跟踪、夜间成像等任务，显著提高了武器装备的射击精度和作战效能。针对平台光电仪器开展多光轴一致性检测对确保武器系统射击精度具有重要意义。

目前常用的平台光电仪器光轴一致性检测方法主要包括平行光管法和合作目标靶板法。采用平行光管法时所用物镜口径有限，无法对相对位置较远的光学传感器进行轴线检测，且检测设备体积大、重量大，对环境要求高，操作复杂，自动化程度低，准备时间长，检测结果受主观因素影响大，只适合在实验室条件下使用；合作目标靶板法对场地设施要求高，局限于修理工厂使用，需长时间进行光学系统调节和标定，不能满足多光学传感器光轴一致性快速检测需求。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种平台光电仪器的多光轴一致性检测装置，以解决现有的检测装置体积大、重量大，对环境要求高等的问题。

本发明的目的之二就是提供一种平台光电仪器的多光轴一致性检测方法，以满足对多光学传感器光轴一致性的野外在线快速检测需求。

本发明目的之一是这样实现的：一种平台光电仪器的多光轴一致性检测装置，包括有：

检测主机，与支撑机构和数据控制处理系统相接，用于检测被测平台光电仪器的激光发射模块、红外成像系统和可见光观瞄系统的光轴，并采集由所述激光发射模块发射的激光的光斑图像，还在对应检测上述三个光学系统光轴时分别采集远处场景中同一固定目标的图像，并将所采集到的激光光斑图像及三幅固定目标图像传输给数据控制处理系统；

支撑机构，与所述检测主机相接，用于架设支撑所述检测主机，并通过调整所述检测主机的架设位置以使所述检测主机轴线与被测平台光电仪器的被测光学系统光轴共轴；以及

数据控制处理系统，与所述检测主机相接，用于接收由所述检测主机传输的各图像，之后采用模板匹配方法对接收到的图像进行图像预处理、图像匹配及光轴平行性计算，得出同一固定目标在不同图像中的位置偏差，从而实现被测平台光电仪器的多光学系统之间的光轴一致性检测。

所述检测主机包括：

折反式光学准直系统，与多波段靶板与目标光源和CCD瞄准模块相接，用于将被测平台光电仪器的被测光学系统所发的光汇聚在多波段靶板与目标光源的靶板上；

多波段靶板与目标光源，分别与所述折反式光学准直系统和供电电源相接，用于根据被测平台光电仪器的不同光学系统切换不同光谱的靶板至折反式光学准直系统的焦平面处，并采集由被测平台光电仪器的激光发射模块所发射的激光的光斑图像；

CCD瞄准模块，与所述折反式光学准直系统相接，用于在检测主机与被测平台光电仪器的激光发射模块、红外成像系统和可见光观瞄系统的光轴分别共轴时，分别采集远处场景中同一固定目标的图像，得到三幅固定目标图像；

无线视频发射模块，用于将多波段靶板与目标光源所采集到的激光光斑图像以及CCD瞄准模块所采集到的三幅固定目标图像无线传输至数据控制处理系统；以及

供电电源，分别与所述多波段靶板与目标光源和所述无线视频发射模块相接，用于给所述多波段靶板与目标光源和所述无线视频发射模块提供所需工作电压。

所述折反式光学准直系统包括主镜、次镜、反光镜和衰减片组；所述衰减片组用于在检测所述被测平台光电仪器的激光发射模块时减弱其所发射的激光的光强，由所述被测平台光电仪器的被测光学系统所发的光依序通过主镜、次镜和反光镜后汇聚在多波段靶板与目标光源的靶板上。

所述多波段靶板与目标光源包括可切换集成靶标、CCD成像组件、步进电机和照明光源；所述可切换集成靶标上设置有可见光靶板、红外靶板和激光靶板，三个靶板两两之间呈120°夹角分布在可切换集成靶标上，各靶板之间的切换由所述步进电机驱动；所述照明光源为LED光源，用于为所述可见光靶板和所述红外靶板提供照明；所述CCD成像组件用于在当所述激光靶板位于所述折反式光学准直系统的焦平面处时，采集由所述被测平台光电仪器的激光发射模块发射的激光的光斑图像。

所述CCD瞄准模块包括折射光学系统和CCD瞄准组件；所述折射光学系统用于将被测平台光电仪器的主光路光线折转90°，以使检测主机结构更紧凑并保证折转后的光线与所述折反式光学准直系统的光轴共轴，所述CCD瞄准组件用于采集远处场景中的固定目标的图像。

所述支撑机构包括：

磁性表座组件，位于接管组件下方与接管组件相接，用于通过通磁去磁开关固定或解除整个支撑机构；

接管组件，位于所述磁性表座组件上方与所述磁性表座组件相接，用于架设支撑检测主机，并根据被测平台光电仪器的实际安装位置通过上下伸缩以抬高或降低所述检测主机的架设高度；

俯仰调整机构，设置在所述检测主机上，用于调整所述检测主机的俯仰角度；

方位调整机构，设置在所述检测主机上，用于调整所述检测主机的指示方向；以及

高低调整机构，设置在所述检测主机上，用于对所述检测主机的架设高度进行微调整。

所述数据控制处理系统包括无线视频接收模块和图像处理模块；所述无线视频接收模块用于无线接收由所述检测主机传输的各图像，并将所接收到的各图像无线传输至图像处理模块；所述图像处理模块用于采用模板匹配方法对所接收到的图像进行图像预处理、图像匹配，并通过计算所述同一固定目标在不同图像中的位置差异，得到被测平台光电仪器的多光学系统的光轴一致性检测结果。

本发明采用检测主机中的折反式光学准直系统和多波段靶板与目标光源确定被测平台光电仪器的各光学系统（或光学传感器）的轴线方向，对于检测不同的光学系统，分别采用检测主机中的CCD瞄准组件采集远处场景中某一固定非合作目标的图像；数据控制处理系统中的图像处理模块集成了图像预处理、图像匹配、光轴一致性检测等算法，它可采用模板匹配方法将CCD瞄准模块采集到的非合作目标图像进行位置差异运算，得到非合作目标在不同图像中的位置差异，进而计算得到平台光电仪器各光学传感器之间的光轴一致性检测结果；在分析计算激光发射模块与可见光观瞄系统或红外成像系统之间的光轴一致性时，通过分析激光光斑图像可消除因激光光斑中心与激光靶板十字分划线中心之间的相对距离而引起的系统误差。本检测装置不受光学传感器之间的轴距限制，不需合作目标，无需标定调节，检测精度高、体积小、重量小、操作简便、自动化程度高，能够很好的满足野外环境下平台光电仪器多光学系统之间光轴一致性在线快速检测需求，具有广阔的推广应用前景。

本发明目的之二是这样实现的：一种平台光电仪器的多光轴一致性检测方法，包括如下步骤：

a、采用支撑机构架设检测主机，使检测主机与被测平台光电仪器的激光发射模块大致共轴，并使检测主机的主镜对准所述激光发射模块的发射窗口；

b、调整多波段靶板与目标光源中的可切换集成靶标，使激光靶板位于检测主机中的折反式光学准直系统的焦平面处；接着由多波段靶板与目标光源中的CCD成像组件采集由所述激光发射模块所发射的激光的光斑图像，将采集到的激光光斑图像记为第一图像；之后采用CCD瞄准模块中的CCD瞄准组件，通过折射光学系统采集远处场景中某一固定目标的图像，将此图像记为第二图像；无线视频发射模块将所述第一图像和所述第二图像无线传输至数据控制处理系统；

c、解除支撑机构并移动至被测平台光电仪器的可见光观瞄系统前，采用支撑机构架设检测主机，使检测主机与所述可见光观瞄系统大致共轴；

d、调整所述可切换集成靶标，使可见光靶板位于所述折反式光学准直系统的焦平面处；接着调整检测主机与所述可见光观瞄系统严格共轴；之后采用CCD瞄准模块中的CCD瞄准组件，通过折射光学系统采集远处场景中所述固定目标的图像，将此图像记为第三图像；无线视频发射模块将所述第三图像无线传输至数据控制处理系统；

e、解除支撑机构并移动至被测平台光电仪器的红外成像系统前，采用支撑机构架设检测主机，使检测主机与所述红外成像系统大致共轴；

f、调整所述可切换集成靶标，使红外靶板位于所述折反式光学准直系统的焦平面处；接着调整检测主机与所述红外成像系统严格共轴；之后采用CCD瞄准模块中的CCD瞄准组件，通过折射光学系统采集远处场景中所述固定目标的图像，将此图像记为第四图像；无线视频发射模块将所述第四图像无线传输至数据控制处理系统；

g、数据控制处理系统采用模板匹配的方法对所获得的所述第一图像、所述第二图像、所述第三图像和所述第四图像进行图像预处理、图像匹配，之后分析计算得出同一固定目标在三幅不同图像中的位置偏差，进而得出被测平台光电仪器的多光学系统之间的光轴一致性检测结果。

所述步骤g具体包括如下步骤：

g-1、计算被测平台光电仪器的可见光观瞄系统与红外成像系统之间的光轴偏差：

从所述第三图像中选取特征图像块，计算特征图像块的中心坐标T_A（x₁，y₁）；

从所述第四图像中遍历选取与所述特征图像块相同大小的临时图像块，选用标准平方差作为两个图像块之间相似性度量的函数，对遍历选取的临时图像块与所述特征图像块进行一一相似性计算，当两个图像块达到最大相似度时，记此临时图像块的中心坐标T_B（x₂，y₂）为最佳匹配坐标；

计算T_A与T_B之间的欧式距离L₁：

$L_1=\sqrt{{(x_1-x_2)}^2+{(y_1-y_2)}^2}$

计算可见光观瞄系统与红外成像系统之间的光轴平行性偏差弧度值α₁：

a₁=L₁/f'

其中，f′为所述CCD瞄准组件的焦距；

g-2、计算被测平台光电仪器的激光发射模块与可见光观瞄系统之间的光轴偏差：

利用重心法从所述第一图像中求得激光光斑的中心坐标T_O（S_x1，S_y1）；

从所述第二图像中选取特征图像块并计算其中心坐标T_C（x₃，y₃）；按照步骤g-1所述方法从所述第三图像中选取与第二图像中的特征图像块相似度最大的图像块作为最佳匹配图像块，计算最佳匹配图像块的中心坐标T_D（x₄，y₄）；

计算激光发射模块与可见光观瞄系统之间的欧氏距离L₂：

$L_2=\sqrt{{(x_3-S_{x1}-x_4)}^2+{(y_3-S_{y1}-y_4)}^2}$

计算激光发射模块与可见光观瞄系统之间的光轴平行性偏差弧度值α₂：

a₂=L₂/f'

其中，f′为所述CCD瞄准组件的焦距；

g-3、计算被测平台光电仪器的激光发射模块与红外成像系统之间的光轴偏差：

利用重心法从所述第一图像中求得激光光斑的中心坐标T_O（S_x1，S_y1）；

从所述第二图像中选取特征图像块并计算其中心坐标T_C（x₃，y₃）；按照步骤g-1所述方法从所述第四图像中选取与第二图像中的特征图像块相似度最大的图像块作为最佳匹配图像块，计算最佳匹配图像块的中心坐标T_E（x₅，y₅）；

计算激光发射模块与红外成像系统之间的欧氏距离L₃：

$L_3=\sqrt{{(x_3-S_{x1}-x_5)}^2+{(y_3-S_{y1}-y_5)}^2}$

计算激光发射模块与红外成像系统之间的光轴平行性偏差弧度值α₃：

a₃=L₃/f'

其中，f′为所述CCD瞄准组件的焦距。

本发明所提供的方法是在检测被测平台光电仪器的不同光学系统时，分别采集远处场景中某一固定目标的图像，之后利用图像处理技术，获取同一目标在不同图像中的位置差异进而判断各光学系统之间光轴的一致性。利用该方法可以在野外对任意轴距、不需合作目标的多光学系统（或多光学传感器）进行光轴的一致性在线快速检测。

附图说明

图1是本发明的检测主机的结构示意图。

图2是本发明的可切换集成靶标的结构示意图。

图3是本发明的整体结构示意图。

图4是本发明用于调整检测主机架设位置的支撑机构的局部结构示意图。

图5是本发明的图像处理技术中模板匹配的计算方法示意图。

具体实施方式

实施例1：平台光电仪器的多光轴一致性检测装置。

本发明所提供的平台光电仪器的多光轴一致性检测装置包括检测主机、支撑机构和数据控制处理系统。

如图1所示，检测主机包括折反式光学准直系统100、多波段靶板与目标光源200、CCD瞄准模块300、无线视频发射模块12和供电电源13。

折反式光学准直系统100包括主镜1、次镜2、反光镜3和衰减片组4。主镜1为离轴抛物面反射镜；次镜2为离轴高次双曲面反射镜；反光镜3将主光路光线折转，使折反式光学准直系统100主体结构更加紧凑；衰减片组4为四块不同衰减倍率的衰减片组合，可根据被测平台光电仪器激光发射模块的激光发射功率进行相应选择，其作用是减弱激光的光强以避免强激光对多波段靶板与目标光源200中的CCD成像组件6和CCD瞄准模块300中的CCD瞄准组件10造成损伤。

多波段靶板与目标光源200包括可切换集成靶标5、CCD成像组件6、步进电机7和照明光源8。如图2所示，可见光靶板51、红外靶板53和激光靶板52两两之间呈120°夹角分布在可切换集成靶标5上，三个靶板之间的切换由步进电机7驱动控制。照明光源8为LED光源，该光源为可见光靶板51与红外靶板53提供照明。激光靶板52为采用上转换材料制作的透明靶板，被测平台光电仪器的激光发射模块发射的激光经折反式光学准直系统100后会聚在激光靶板52上，由后端的CCD成像组件6采集激光光斑图像。

CCD瞄准模块300包括折射光学系统9与CCD瞄准组件10。折射光学系统9采用4组5片结构形式，内置一块直角棱镜将主光路光线折转90°，使检测主机结构更加紧凑并保证其光路与折反式光学准直系统100共轴；CCD瞄准组件10用于采集远处场景中某一固定非合作目标的图像。

无线视频发射模块12用于将由CCD成像组件6采集的激光光斑图像和由CCD瞄准组件10采集的远场固定目标图像无线传输至数据控制处理系统。

供电电源13为12V稳压电源，用于对照明光源8、步进电机7、无线视频发射模块12和CCD成像组件6提供稳定可靠的工作电压。

如图3和图4所示，本发明的支撑机构包括磁性表座组件14、接管组件15、俯仰调整机构16、方位调整机构17和高低调整机构18。

磁性表座组件14位于接管组件15下方，其上设置有通磁去磁开关，旋转所述通磁去磁开关可实现固定或解除整个支撑机构。接管组件15位于磁性表座组件14上方，其用于架设支撑检测主机20，并根据被测平台光电仪器的实际安装位置可上下伸缩其接管的长度，从而抬高或降低检测主机20的架设高度。俯仰调整机构16、方位调整机构17和高低调整机构18均设置在检测主机20的底部，俯仰调整机构16用于调整检测主机20的俯仰角度；方位调整机构17用于调整检测主机20的指示方向；高低调整机构18用于对检测主机20的架设高度进行微调整。在检测被测平台光电仪器的各光学系统时，可通过所述支撑机构架设支撑检测主机20，使检测主机20与被测光学系统共轴。

本发明所述数据控制处理系统包括无线视频接收模块和图像处理模块。所述无线视频接收模块用于无线接收由检测主机20的无线视频发射模块12所传输的各图像，并将所接收到的各图像无线传输至图像处理模块；所述图像处理模块中集成了图像预处理、图像匹配、光轴一致性检测等算法，它能将检测主机中CCD瞄准模块300采集到的非合作目标图像进行位置差异运算，得到非合作目标在不同图像中的位置差异，进而计算得出被测平台光电仪器各光学传感器之间的光轴一致性检测结果，它是实现光轴一致性客观检测的关键组成部分。

实施例2：平台光电仪器的多光轴一致性检测方法。

该检测方法是基于非合作目标和图像处理技术进行的，具体步骤如下：

结合图1～图4，本发明中所测平台光电仪器由可见光观瞄系统（含微光）、红外成像系统和激光发射模块组成。

首先使被测平台光电仪器瞄准无穷远视场处的某一固定非合作目标，将检测主机20置于激光发射模块光路中，利用支撑机构架设检测主机20。架设检测主机20的过程为：根据被测平台光电仪器的实际安装位置适当调整接管组件15的接管长度，大致调整到位后用锁紧套锁紧接管组件15，然后微调俯仰调整机构16、方位调整机构17和高低调整机构18，使检测主机20与被测平台光电仪器大致共轴，之后通过旋转磁性表座组件14上的通磁去磁开关以固定支撑机构。

调整多波段靶板与目标光源200中的可切换集成靶标5，使激光靶板52位于折反式光学准直系统100的焦平面处。根据被测平台光电仪器的激光发射模块的激光发射功率选择合适的衰减片组4，使折反式光学准直系统100中的主镜1对准被测平台光电仪器的激光发射模块的发射窗口，然后操作被测平台光电仪器的激光发射模块发射激光脉冲信号（或重频激光信号），发射的激光脉冲信号经过主镜1、次镜2、反光镜3后聚焦在多波段靶板与目标光源200的可切换集成靶标5的激光靶板52上，激光靶板52采集到的激光光斑被CCD成像组件6采集，CCD成像组件6采集到的激光光斑图像img1由无线视频发射模块12无线传输至数据控制处理系统；与此同时，与CCD成像组件6严格共轴的另一路CCD瞄准组件10，通过折射光学系统9采集远处场景中某一固定目标的图像img2，采集到的远场目标图像img2由无线视频发射模块12无线传输至数据控制处理系统。

移除衰减片组4，旋转磁性表座组件14上的通磁去磁开关解除支撑机构，然后将支撑机构移至被测平台光电仪器的可见光观瞄系统前，利用支撑机构架设检测主机20，旋转磁性表座组件14上的通磁去磁开关固定支撑机构，使检测主机20与被测平台光电仪器的可见光观瞄系统大致共轴。数据控制处理系统控制步进电机7旋转多波段靶板与目标光源200中的可切换集成靶标5，调整可见光靶板51至折反式光学准直系统100的焦平面处，然后通过被测平台光电仪器的可见光观瞄系统目镜或显示器观察可见光观瞄系统十字分划线和可见光靶板十字分划线的相对距离，微调俯仰调整机构16、方位调整机构17和高低调整机构18，使可见光观瞄系统十字分划线中心和可见光靶板十字分划线中心重合，也就是调整检测主机20与被测平台光电仪器可见光观瞄系统严格共轴；接着利用CCD瞄准组件10，通过折射光学系统9采集远处场景中同一固定目标的图像img3，采集到的远场固定目标图像img3由无线视频发射模块12无线传输至数据控制处理系统。

旋转磁性表座组件14上的通磁去磁开关解除支撑机构，然后将支撑机构移至被测平台光电仪器的红外成像系统前，利用支撑机构架设检测主机20，旋转磁性表座组件14上的通磁去磁开关固定支撑机构，使检测主机20与被测平台光电仪器的红外成像系统大致共轴。数据控制处理系统控制步进电机7旋转多波段靶板与目标光源200中的可切换集成靶标5，调整红外靶板53至折反式光学准直系统100的焦平面处，然后通过被测平台光电仪器的红外成像系统显示器观察红外成像系统十字分划线和红外靶板十字分划线的相对距离，微调俯仰调整机构16、方位调整机构17和高低调整机构18，使红外成像系统十字分划线中心和红外靶板十字分划线中心重合，也就是调整检测主机20与被测平台光电仪器红外成像系统严格共轴；接着利用CCD瞄准组件10，通过折射光学系统9采集远处场景中同一固定目标的图像img4，采集到的远场固定目标图像img4由无线视频发射模块12无线传输至数据控制处理系统。

数据控制处理系统中的无线视频接收模块接收由检测主机20的无线视频发射模块12所传输的图像img1、img2、img3和img4，并将所接收到的四幅图像传输至图像处理模块；图像处理模块首先对接收到的四幅图像运用线性与非线性滤波相结合的方法进行滤波增强处理，之后分析计算被测平台光电仪器各光学传感器之间的光轴一致性，具体计算过程如下：

1）计算被测平台光电仪器的可见光观瞄系统与红外成像系统之间的光轴偏差。

在检测可见光观瞄系统与红外成像系统光轴平行性时，由于检测时CCD瞄准组件10分别与被测可见光观瞄系统、红外成像系统的光轴进行了对准，故多光学传感器之间的光轴偏差反映到所成图像中表现为目标位置的偏移，偏移量可采用模板匹配的方法计算得到。模板匹配是在图像中寻找目标图像的一种计算方法，即通过一定相似度准则计算图像之间的相似度。具体方法为：从输入图像的左上角（0，0）位置开始，选取与特征图像块相同大小的临时图像块，计算所选临时图像块与特征图像块的相似度，滑动临时图像块遍历整个输入图像，当求得临时图像块与特征图像块之间的最大相似程度时，则认为临时图形块和选取的特征图像块达到了最佳匹配。

本实施例中模板匹配的实际计算方法如图4所示。以图像img-3为基准图像，将图像img4作为待匹配图像和img3进行匹配（对于以图像img4为基准图像，将图像img3和img4进行匹配而引起的误差可忽略不计）。首先从图像img3中手动选取特征图像块（该特征图像块中应包含尽可能多的细节信息，如包含有固定目标的拐角、边缘等信息），计算特征图像块的中心坐标T_A（x₁，y₁）；将图像img4作为输入图像并与img3中所选特征图像块进行模板匹配，选用标准平方差作为相似性度量函数，计算公式如下：

$R=\frac{\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}{(I(x,y)-I^{\′}(x,y))}^2}{\sqrt{\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}{I}^2(x,y)\·\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}{I}^{\′2}(x,y)}}$

上式中，I（x，y）对应图像img3，I′（x，y）对应图像img4。

从待匹配图像img4的左上角（0，0）位置开始，选取与img3中特征图像块相同大小的临时图像块，并计算所选取的临时图像块与img3中特征图像块之间的相似度；之后分别沿x轴以及y轴滑动临时图像块遍历整个img4，在临时图像块遍历整个img4的过程中逐一计算临时图像块与特征图像块之间的相似度，最后从img4中找出与特征图像块之间相似度最大的临时图像块，记此临时图像块为最佳匹配图像块，并计算出最佳匹配图像块的中心坐标T_B（x₂，y₂）。

计算T_A与T_B之间的欧式距离L₁：

$L_1=\sqrt{{(x_1-x_2)}^2+{(y_1-y_2)}^2}$

则可见光观瞄系统与红外成像系统之间的光轴平行性偏差弧度值α₁为：

a₁=L₁/f'

其中，f′为CCD瞄准组件10的焦距。

2）计算被测平台光电仪器的激光发射模块与可见光观瞄系统之间的光轴偏差。

在检测激光发射模块与可见光观瞄系统之间的光轴平行性时，由于采集到的激光光斑中心和激光靶板十字分划线中心之间存在相对距离偏差，因此要消除由此引入的系统误差，具体计算过程如下：

首先利用重心法从图像img-1中求得激光光斑的中心坐标T_O（S_x1，S_y1）。

以图像img2为基准图像，将图像img3和img2进行匹配。从图像img2中手动选取特征图像块并计算其中心坐标T_C（x₃，y₃）。按照步骤1）所述方法从图像img3中选取与图像img2中的特征图像块相似度最大的图像块作为最佳匹配图像块，计算最佳匹配图像块的中心坐标T_D（x₄，y₄）。

则激光发射模块与可见光观瞄系统之间的欧氏距离L₂为：

$L_2=\sqrt{{(x_3-S_{x1}-x_4)}^2+{(y_3-S_{y1}-y_4)}^2}$

因此，激光发射模块与可见光观瞄系统之间的光轴平行性偏差弧度值α₂为：

a₂=L₂/f'

其中，f′为所述CCD瞄准组件的焦距。

3）计算被测平台光电仪器的激光发射模块与红外成像系统之间的光轴偏差。

与步骤2）相同，本步骤中也应消除因激光光斑中心和激光靶板十字分划线中心之间存在相对距离偏差而引入的系统误差，计算过程如下：

首先利用重心法从图像img1中求得激光光斑的中心坐标T_O（S_x1，S_y1）。

以图像img2为基准图像，将图像img4和img2进行匹配。从图像img2中手动选取特征图像块并计算其中心坐标T_C（x₃，y₃）。按照步骤1）所述方法从图像img4中选取与图像img2中的特征图像块相似度最大的图像块作为最佳匹配图像块，计算最佳匹配图像块的中心坐标T_E（x₅，y₅）。

则激光发射模块与红外成像系统之间的欧氏距离L₃为：

$L_3=\sqrt{{(x_3-S_{x1}-x_5)}^2+{(y_3-S_{y1}-y_5)}^2}$

因此，激光发射模块与红外成像系统之间的光轴平行性偏差弧度值α₃为：

a₃=L₃/f'

其中，f′为所述CCD瞄准组件的焦距。

Claims (8)

1.一种平台光电仪器的多光轴一致性检测装置，其特征是，包括有：

检测主机，与支撑机构和数据控制处理系统相接，用于检测被测平台光电仪器的激光发射模块、红外成像系统和可见光观瞄系统的光轴，并采集由所述激光发射模块发射的激光的光斑图像，还在对应检测激光发射模块、红外成像系统和可见光观瞄系统的光轴时分别采集远处场景中同一固定目标的图像，并将所采集到的激光光斑图像及三幅固定目标图像传输给数据控制处理系统；

支撑机构，与所述检测主机相接，用于架设支撑所述检测主机，并通过调整所述检测主机的架设位置以使所述检测主机轴线与被测平台光电仪器的被测光学系统光轴共轴；以及

数据控制处理系统，与所述检测主机相接，用于接收由所述检测主机传输的各图像，之后采用模板匹配方法对接收到的图像进行图像预处理、图像匹配及光轴平行性计算，得出同一固定目标在不同图像中的位置偏差，从而实现被测平台光电仪器的多光学系统之间的光轴一致性检测；

所述检测主机包括：

折反式光学准直系统，与多波段靶板与目标光源和CCD瞄准模块相接，用于将被测平台光电仪器的被测光学系统所发的光汇聚在多波段靶板与目标光源的靶板上；

多波段靶板与目标光源，分别与所述折反式光学准直系统和供电电源相接，用于根据被测平台光电仪器的不同光学系统切换不同光谱的靶板至折反式光学准直系统的焦平面处，并采集由被测平台光电仪器的激光发射模块所发射的激光的光斑图像；

CCD瞄准模块，与所述折反式光学准直系统相接，用于在检测主机与被测平台光电仪器的激光发射模块、红外成像系统和可见光观瞄系统的光轴分别共轴时，分别采集远处场景中同一固定目标的图像，得到三幅固定目标图像；

无线视频发射模块，用于将多波段靶板与目标光源所采集到的激光光斑图像以及CCD瞄准模块所采集到的三幅固定目标图像无线传输至数据控制处理系统；以及

供电电源，分别与所述多波段靶板与目标光源和所述无线视频发射模块相接，用于给所述多波段靶板与目标光源和所述无线视频发射模块提供所需工作电压。

2.根据权利要求1所述的平台光电仪器的多光轴一致性检测装置，其特征是，所述折反式光学准直系统包括主镜、次镜、反光镜和衰减片组；

所述衰减片组用于在检测所述被测平台光电仪器的激光发射模块时减弱其所发射的激光的光强，由所述被测平台光电仪器的被测光学系统所发的光依序通过主镜、次镜和反光镜后汇聚在多波段靶板与目标光源的靶板上。

3.根据权利要求1所述的平台光电仪器的多光轴一致性检测装置，其特征是，所述多波段靶板与目标光源包括可切换集成靶标、CCD成像组件、步进电机和照明光源；

所述可切换集成靶标上设置有可见光靶板、红外靶板和激光靶板，三个靶板两两之间呈120°夹角分布在可切换集成靶标上，各靶板之间的切换由所述步进电机驱动；

所述照明光源为LED光源，用于为所述可见光靶板和所述红外靶板提供照明；

所述CCD成像组件用于在当所述激光靶板位于所述折反式光学准直系统的焦平面处时，采集由所述被测平台光电仪器的激光发射模块发射的激光的光斑图像。

4.根据权利要求1所述的平台光电仪器的多光轴一致性检测装置，其特征是，所述CCD瞄准模块包括折射光学系统和CCD瞄准组件；

所述折射光学系统用于将被测平台光电仪器的主光路光线折转90°，以使检测主机结构更紧凑并保证折转后的光线与所述折反式光学准直系统的光轴共轴，所述CCD瞄准组件用于采集远处场景中的固定目标的图像。

5.根据权利要求1所述的平台光电仪器的多光轴一致性检测装置，其特征是，所述支撑机构包括：

磁性表座组件，位于接管组件下方与接管组件相接，用于通过通磁去磁开关固定或解除整个支撑机构；

接管组件，位于所述磁性表座组件上方与所述磁性表座组件相接，用于架设支撑检测主机，并根据被测平台光电仪器的实际安装位置通过上下伸缩以抬高或降低所述检测主机的架设高度；

俯仰调整机构，设置在所述检测主机上，用于调整所述检测主机的俯仰角度；

方位调整机构，设置在所述检测主机上，用于调整所述检测主机的指示方向；以及

高低调整机构，设置在所述检测主机上，用于对所述检测主机的架设高度进行微调整。

6.根据权利要求1所述的平台光电仪器的多光轴一致性检测装置，其特征是，所述数据控制处理系统包括无线视频接收模块和图像处理模块；

所述无线视频接收模块用于无线接收由所述检测主机传输的各图像，并将所接收到的各图像无线传输至图像处理模块；所述图像处理模块用于采用模板匹配方法对所接收到的图像进行图像预处理、图像匹配，并通过计算所述同一固定目标在不同图像中的位置差异，得到被测平台光电仪器的多光学系统的光轴一致性检测结果。

7.一种平台光电仪器的多光轴一致性检测方法，其特征是，包括如下步骤：

a、采用支撑机构架设检测主机，使检测主机与被测平台光电仪器的激光发射模块大致共轴，并使检测主机的主镜对准所述激光发射模块的发射窗口；

b、调整多波段靶板与目标光源中的可切换集成靶标，使激光靶板位于检测主机中的折反式光学准直系统的焦平面处；接着由多波段靶板与目标光源中的CCD成像组件采集由所述激光发射模块所发射的激光的光斑图像，将采集到的激光光斑图像记为第一图像；之后采用CCD瞄准模块中的CCD瞄准组件，通过折射光学系统采集远处场景中某一固定目标的图像，将此图像记为第二图像；无线视频发射模块将所述第一图像和所述第二图像无线传输至数据控制处理系统；

c、解除支撑机构并移动至被测平台光电仪器的可见光观瞄系统前，采用支撑机构架设检测主机，使检测主机与所述可见光观瞄系统大致共轴；

d、调整所述可切换集成靶标，使可见光靶板位于所述折反式光学准直系统的焦平面处；接着调整检测主机与所述可见光观瞄系统严格共轴；之后采用CCD瞄准模块中的CCD瞄准组件，通过折射光学系统采集远处场景中所述固定目标的图像，将此图像记为第三图像；无线视频发射模块将所述第三图像无线传输至数据控制处理系统；

e、解除支撑机构并移动至被测平台光电仪器的红外成像系统前，采用支撑机构架设检测主机，使检测主机与所述红外成像系统大致共轴；

f、调整所述可切换集成靶标，使红外靶板位于所述折反式光学准直系统的焦平面处；接着调整检测主机与所述红外成像系统严格共轴；之后采用CCD瞄准模块中的CCD瞄准组件，通过折射光学系统采集远处场景中所述固定目标的图像，将此图像记为第四图像；无线视频发射模块将所述第四图像无线传输至数据控制处理系统；

g、数据控制处理系统采用模板匹配的方法对所获得的所述第一图像、所述第二图像、所述第三图像和所述第四图像进行图像预处理、图像匹配，之后分析计算得出同一固定目标在三幅不同图像中的位置偏差，进而得出被测平台光电仪器的多光学系统之间的光轴一致性检测结果。

8.根据权利要求7所述的平台光电仪器的多光轴一致性检测方法，其特征是，所述步骤g具体包括如下步骤：

g-1、计算被测平台光电仪器的可见光观瞄系统与红外成像系统之间的光轴偏差：

从所述第三图像中选取特征图像块，计算特征图像块的中心坐标T _A （x ₁ ，y ₁ ）；

从所述第四图像中遍历选取与所述特征图像块相同大小的临时图像块，选用标准平方差作为两个图像块之间相似性度量的函数，对遍历选取的临时图像块与所述特征图像块进行一一相似性计算，当两个图像块达到最大相似度时，记此临时图像块的中心坐标T _B （x ₂ ，y ₂ ）为最佳匹配坐标；

计算T _A 与T _B 之间的欧式距离L₁：

计算可见光观瞄系统与红外成像系统之间的光轴平行性偏差弧度值α₁：

其中，f′为所述CCD瞄准组件的焦距；

g-2、计算被测平台光电仪器的激光发射模块与可见光观瞄系统之间的光轴偏差：

利用重心法从所述第一图像中求得激光光斑的中心坐标T _O （S _x1 ，S _y1 ）；

从所述第二图像中选取特征图像块并计算其中心坐标T _C （x ₃ ，y ₃ ）；按照步骤g-1所述方法从所述第三图像中选取与第二图像中的特征图像块相似度最大的图像块作为最佳匹配图像块，计算最佳匹配图像块的中心坐标T _D （x ₄ ，y ₄ ）；

计算激光发射模块与可见光观瞄系统之间的欧氏距离L₂：

计算激光发射模块与可见光观瞄系统之间的光轴平行性偏差弧度值α₂：

其中，f′为所述CCD瞄准组件的焦距；

g-3、计算被测平台光电仪器的激光发射模块与红外成像系统之间的光轴偏差：

利用重心法从所述第一图像中求得激光光斑的中心坐标T _O （S _x1 ，S _y1 ）；

从所述第二图像中选取特征图像块并计算其中心坐标T _C （x ₃ ，y ₃ ）；按照步骤g-1所述方法从所述第四图像中选取与第二图像中的特征图像块相似度最大的图像块作为最佳匹配图像块，计算最佳匹配图像块的中心坐标T _E （x ₅ ，y ₅ ）；

计算激光发射模块与红外成像系统之间的欧氏距离L₃：

计算激光发射模块与红外成像系统之间的光轴平行性偏差弧度值α₃：

其中，f′为所述CCD瞄准组件的焦距。