CN103363927A - 平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测装置及方法。所述检测装置包括半透半反镜、反射镜、第一位置敏感器件、第二位置敏感器件、模数转换器、CCD成像组件、图像采集卡和数据控制处理系统。本发明检测装置可计算出被测平台光电装备的各个光学传感器之间的光轴偏差角，检测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，能够很好地满足野外环境下平台光电装备多光学传感器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。

Description

平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种轴线测量设备，具体地说是一种平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测装置及方法。

背景技术

当前，集可见光（含微光）成像、激光测距、红外热成像等为一体的多光学传感器集成的平台光电装备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、夜间成像等作战任务，显著提高了武器装备的射击精度和作战效能。针对平台光电装备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。

目前常用的多光轴一致性检测方法有：投影靶板法、小口径平行光管法、大口径平行光管法、激光光轴仪法、五棱镜法等，但目前基于这些方法的检测仪器往往都需要光学系统提供理想的无穷远目标，且检测设备体积大、重量大，对环境要求高，自动化程度低，准备周期长，只适合在实验室使用，无法满足野外环境下在线快速检测需求。查阅文献资料表明：目前有科研单位致力于改善这些常用的检测方法以适应野外在线检测需要，但是这些检测方法只能检测光轴轴距在有限范围内的装备，对于轴距较大的情况需要借助光学合像系统或光束移轴器，这样不仅增加了检测装置体积，同时也将引入新的误差，且基于上述方法研制的检测设备需长时间进行光学系统调节和标定，不能满足快速检测需求；另外，一些科研单位也尝试采用图像处理的方法解决多光轴一致性检测问题，但是这些方法大都需要合作目标，且无法解决激光光轴与可见光（微光）光轴一致性检测问题。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测装置，以解决现有的检测装置体积大、重量大和对环境要求高的问题。

本发明的目的之二就是提供一种平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测方法，以满足对任意轴距的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：一种平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测装置，包括有：

半透半反镜，与第一位置敏感器件和反射镜相接，用于反射并透射由被测激光装备所发射的激光，反射后的激光光束直射入所述第一位置敏感器件，透射后的激光光束作为入射光束射向所述反射镜；

反射镜，与所述半透半反镜和第二位置敏感器件相接，用于对透射过所述半透半反镜后的激光光束进行反射，反射后的激光光束直射入所述第二位置敏感器件；

第一位置敏感器件，分别与所述半透半反镜和模数转换器相接，用于检测激光经所述半透半反镜反射后激光光斑的第一位置信号，并将检测到的第一位置信号发送至模数转换器；

第二位置敏感器件，分别与所述反射镜和模数转换器相接，且与所述第一位置敏感器件共轴，用于检测激光经所述反射镜反射后激光光斑的第二位置信号，并将检测到的第二位置信号发送至模数转换器；

模数转换器，分别与所述第一位置敏感器件、所述第二位置敏感器件和数据控制处理系统相接，用于接收所述第一位置信号和所述第二位置信号并分别进行模数转换，之后输出给数据控制处理系统；

CCD成像组件，与图像采集卡相接，且与所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件共轴，用于对远场固定目标进行成像并将图像输出给图像采集卡；

图像采集卡，与所述CCD成像组件和数据控制处理系统相接，用于将CCD成像组件采集到的图像进行模数转换，之后输出给数据控制处理系统；以及

数据控制处理系统，分别与所述模数转换器和所述图像采集卡相接，用于接收由所述模数转换器所传输的激光光斑的第一位置信息和第二位置信息，还接收由所述图像采集卡所传输的CCD成像组件采集到图像信息，还接收由被测平台光电装备中的可见光传感器和红外传感器分别输出的远场固定目标的图像信息；之后根据所述第一位置信息、所述第二位置信息以及所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距计算得出被测激光装备激光发射光轴与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角，并采用模板匹配方法对CCD成像组件采集到图像信息以及可见光传感器和红外传感器分别输出的图像信息进行图像预处理、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，进而得出可见光传感器和红外传感器分别与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角，最终计算得出被测平台光电装备的各光学传感器之间的光轴偏差角。

本发明通过两个位置敏感器件和数据控制处理系统探测被测激光装备的激光发射光轴与检测装置中CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角；并由数据控制处理系统接收CCD成像组件采集到的远场固定目标图像及被测可见光传感器和红外传感器在同一时间输出的远场固定目标图像，通过采用模板匹配方法对所接收到的图像进行图像预处理、图像匹配及光轴平行性计算，得出CCD成像组件光敏面中心轴分别与所述被测可见光传感器和红外传感器光轴之间的偏差角；最终可计算出被测平台光电装备的各个光学传感器之间的光轴偏差角。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，能够很好地满足野外环境下平台光电装备多光学传感器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：一种平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测方法，包括以下步骤：

a、将检测装置置于被测激光装备的激光发射窗口前，使检测装置中的CCD成像组件瞄准远处场景中的某一固定目标，并使检测装置中的第一位置敏感器件和第二位置敏感器件均与所述CCD成像组件共轴，记录所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距并输入至数据控制处理系统；

b、调整检测装置中的半透半反镜和反射镜的放置位置，使由被测激光装备所发的激光经所述半透半反镜反射后可直射入所述第一位置敏感器件，使激光由所述半透半反镜透射后再经由所述反射镜反射后可直射入所述第二位置敏感器件；

c、使被测激光装备发射激光光束，激光光束首先经所述半透半反镜反射后直射入所述第一位置敏感器件，激光光束经所述半透半反镜透射后作为入射光束射向所述反射镜，由所述反射镜反射后的激光光束直射入所述第二位置敏感器件；

d、所述第一位置敏感器件检测激光经所述半透半反镜反射后激光光斑的第一位置信号，并将检测到的第一位置信号发送至模数转换器；所述第二位置敏感器件检测激光经所述反射镜反射后激光光斑的第二位置信号，并将检测到的第二位置信号发送至模数转换器；

e、模数转换器接收所述第一位置信号和所述第二位置信号并分别进行模数转换，之后输出给数据控制处理系统；

f、所述CCD成像组件采集远处场景中的固定目标的图像，将此固定目标图像记为第一图像，并将所述第一图像输出给图像采集卡；

g、图像采集卡对所述第一图像进行模数转换，之后输出给数据控制处理系统；

h、在所述CCD成像组件采集所述第一图像的同时，被测平台光电装备中的可见光传感器和红外传感器分别采集远处场景中的所述固定目标的图像，所采集到的远场固定目标图像均输出至所述数据控制处理系统；由所述可见光传感器采集到的图像记为第二图像，由所述红外传感器采集到的图像记为第三图像；

i、所述数据控制处理系统首先将模数转换器输出的第一位置信息和第二位置信息进行处理，之后再根据所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距计算得出被测激光装备激光发射光轴与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角；接着采用模板匹配方法对所述第一图像、所述第二图像和所述第三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，进而得出可见光传感器和红外传感器分别与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角，最终计算得出被测平台光电装备的各光学传感器之间的光轴偏差角。

被测平台光电装备的各光学传感器之间的光轴偏差角可按以下方式计算得出，即所述步骤i具体包括如下步骤：

i-1、计算被测激光装备激光发射光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统对所述第一位置信息和所述第二位置信息进行处理，得出激光在所述第一位置敏感器件上的光斑中心坐标T_A（x₁，y₁）及在所述第二位置敏感器件上的光斑中心坐标T_B（x₂，y₂），再根据所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距D计算得出激光光轴与所述第一位置敏感器件或所述第二位置敏感器件的中心轴间的纵向偏差角弧度值α₁和横向偏差角弧度值β₁：

${\mathrm{\α}}_1=\frac{y_2-y_1}{D};$

${\mathrm{\β}}_1=\frac{x_2{-x}_1}{D};$

由于所述CCD成像组件与所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件共轴，因此，被测激光装备激光发射光轴与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值为α₁，横向偏差角弧度值为β₁；

i-2、计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统从所述第一图像中选取特征图像块，计算特征图像块的中心坐标T_C（x₃，y₃）；

从所述第二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_D（x₄，y₄）为最佳匹配坐标；

计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₂和横向偏差角弧度值β₂：

${\mathrm{\α}}_2=\frac{y_4-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_2=\frac{x_4-x_3}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距；

i-3、计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统从所述第一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i-2所述方法从所述第三图像中选取与所述第一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）；

计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₃和横向偏差角弧度值β₃：

${\mathrm{\α}}_3=\frac{y_5-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_3=\frac{x_5-x_3}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距；

i-4、计算被测激光装备激光发射光轴与可见光传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₄和横向偏差角弧度值β₄：

α₄＝α₁-α₂；

β₄＝β₁-β₂；

i-5、计算被测激光装备激光发射光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₅和横向偏差角弧度值β₅：

α₅＝α₁-α₃；

β₅＝β₁-β₃；

i-6、计算被测可见光传感器光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₆和横向偏差角弧度值β₆：

α₆＝α₄-α₅；

β₆＝β₄-β₅。

被测平台光电装备的各光学传感器之间的光轴偏差角还可按另一种方式计算得出，即所述步骤i具体包括如下步骤：

i-1、计算被测激光装备激光发射光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统对所述第一位置信息和所述第二位置信息进行处理，得出激光在所述第一位置敏感器件上的光斑中心坐标T_A（x₁，y₁）及在所述第二位置敏感器件上的光斑中心坐标T_B（x₂，y₂），再根据所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距D计算得出激光光轴与所述第一位置敏感器件或所述第二位置敏感器件的中心轴间的纵向偏差角弧度值α₁和横向偏差角弧度值β₁：

${\mathrm{\α}}_1=\frac{y_2-y_1}{D};$

${\mathrm{\β}}_1=\frac{x_2{-x}_1}{D};$

由于所述CCD成像组件与所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件共轴，因此，被测激光装备激光发射光轴与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值为α₁，横向偏差角弧度值为β₁；

i-2、计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统从所述第一图像中选取特征图像块，计算特征图像块的中心坐标T_C（x₃，y₃）；

从所述第二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_D（x₄，y₄）为最佳匹配坐标；

计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₂和横向偏差角弧度值β₂：

${\mathrm{\α}}_2=\frac{y_4-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_2=\frac{x_4-x_3}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距；

i-3、计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统从所述第一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i-2所述方法从所述第三图像中选取与所述第一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）；

计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₃和横向偏差角弧度值β₃：

${\mathrm{\α}}_3=\frac{y_5-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_3=\frac{x_5{-x}_3}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距；

i-4、计算被测激光装备激光发射光轴与可见光传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₄和横向偏差角弧度值β₄：

α₄＝α₁-α₂；

β₄＝β₁-β₂；

i-5、计算被测激光装备激光发射光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₅和横向偏差角弧度值β₅：

α₅＝α₁-α₃；

β₅＝β₁-β₃；

i-6、计算被测可见光传感器光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₆和横向偏差角弧度值β₆：

数据控制处理系统从所述第二图像中选取特征图像块并计算所选特征图像块的中心坐标T_F（x₆，y₆）；按照步骤i-2所述方法从所述第三图像中选取与所述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_G（x₇，y₇）；

计算被测可见光传感器光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₆和横向偏差角弧度值β₆：

${\mathrm{\α}}_6=\frac{y_7-y_5}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_6=\frac{x_7-x_5}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距。

本发明所提供的方法是基于位置敏感器件和数字图像处理技术进行的，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传感器进行光轴一致性在线快速检测。

附图说明

图1是本发明检测装置的结构示意图。

图2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：平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测装置。

如图1所示，本发明所提供的平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测装置包括半透半反镜1、反射镜2、CCD成像组件3、第一位置敏感器件4、第二位置敏感器件5、模数转换器6、图像采集卡7和数据控制处理系统8。这里的位置敏感器件(Position Sensitive Detector，PSD)又称“位置敏感探测器”，是根据光信号测量光斑位置的一种光学器件。

半透半反镜1用于反射并透射由被测激光装备所发射的激光，反射后的激光光束直射入第一位置敏感器件4，透射后的激光光束作为入射光束射向反射镜2。

反射镜2用于对透射过半透半反镜1后的激光光束进行反射，反射后的激光光束直射入第二位置敏感器件5。

第一位置敏感器件4、第二位置敏感器件5和CCD成像组件3这三者共轴。被测激光装备所发射的激光经半透半反镜1后分为两束激光，反射光束由第一位置敏感器件4接收并记录下激光光斑的第一位置信号（包括位置及强度信息等），透射光束由第二位置敏感器件5接收并记录下激光光斑的第二位置信号（包括位置及强度信息等）。

模数转换器6用于将第一位置敏感器件4和第二位置敏感器件5所检测到的第一位置信号和第二位置信号（模拟电信号）分别转换成数字式的第一位置信息和第二位置信息，之后送入数据控制处理系统8进行数据处理。

CCD成像组件3与两个位置敏感器件置于同一轴线上，用于对远处场景中的固定目标进行成像，并将所采集到的图像输出给图像采集卡7。

图像采集卡7通过USB接口与数据控制处理系统8相连，用于将CCD成像组件3采集到的模拟图像（模拟视频信号）转换为数字图像（数字视频信号）并输出给数据控制处理系统8。

数据控制处理系统8通过图像采集卡7单帧或实时地接收由CCD成像组件3采集到的远场固定目标图像，在CCD成像组件3采集远场固定目标图像的同时，被测平台光电装备中的其他光学传感器（包括可见光传感器和红外传感器等）也分别采集远处场景中的所述固定目标的图像，并将所采集到的远场固定目标图像输出给数据控制处理系统8。数据控制处理系统8中的图像匹配校准模块采用模板匹配方法对接收到的图像进行预处理、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，进而计算出被测可见光传感器和红外传感器的光轴分别与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的偏差角，以及被测可见光传感器和红外传感器之间的光轴偏差角。

数据控制处理系统8再根据由模数转换器6所传输的激光光斑的第一位置信息和第二位置信息，以及第一位置敏感器件4和第二位置敏感器件5之间的间距计算得出被测激光装备激光发射光轴与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的偏差角，结合上述计算的被测可见光传感器和红外传感器的光轴分别与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的偏差角，最终可求得被测激光装备激光发射光轴分别与被测可见光传感器和红外传感器的光轴之间的偏差角，因此，采用数据控制处理系统8可计算出被测平台光电装备的各光学传感器之间的光轴偏差角。

实施例2：平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测方法。

该检测方法是基于位置敏感器件、非合作目标和图像处理技术进行的，具体步骤如下：

参考图1，假设本发明中被测平台光电装备中包含了激光装备、可见光（含微光）传感器和红外传感器。

首先使被测平台光电装备瞄准无穷远视场处的某一固定非合作目标，将检测装置置于被测激光装备的激光发射窗口前。调整检测装置中的CCD成像组件3使其瞄准远处场景中的固定目标，同时调整检测装置中的第一位置敏感器件4和第二位置敏感器件5，使第一位置敏感器件4和第二位置敏感器件5均与CCD成像组件3共轴，记录第一位置敏感器件4和第二位置敏感器件5之间的间距D并输入至数据控制处理系统8。

调整检测装置中的半透半反镜1和反射镜2的放置位置，使由被测激光装备所发的激光以45°角的入射角入射到半透半反镜1，被半透半反镜1反射后的激光光束直射入第一位置敏感器件4，被半透半反镜1透射后的激光光束作为入射光束以45°角的入射角入射到反射镜2，由反射镜2反射后的激光光束直射入第二位置敏感器件5。

使被测激光装备发射激光，激光经半透半反镜1后分成两束，反射光束直射入第一位置敏感器件4，由第一位置敏感器件4检测并记录激光光斑的第一位置信号；透射光束经反射镜2反射后直射入第二位置敏感器件5，由第二位置敏感器件5检测并记录激光光斑的第二位置信号。

第一位置信号和第二位置信号被输出至模数转换器6，由模数转换器6进行模数转换，之后模数转换器6将激光光斑在两个位置敏感器件上的位置信息输出给数据控制处理系统8。

CCD成像组件3采集远处场景中的固定目标图像img1，图像img1经图像采集卡7进行模数转换后输出给数据控制处理系统8。

在CCD成像组件3采集图像img1时，被测平台光电装备中的可见光传感器和红外传感器也分别采集远处场景中的固定目标图像，由可见光传感器所采集的图像img2和由红外传感器所采集的图像img3被分别传输至数据控制处理系统8。

数据控制处理系统8接收图像img1、图像img2和图像img3，同时还接收激光光斑的第一位置信息和第二位置信息；数据控制处理系统8通过对接收到的数据信息进行分析、处理、计算，最终可得出被测平台光电装备的任意轴距多光学传感器的光轴一致性检测结果。具体分析、计算过程如下：

1）、计算被测激光装备激光发射光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角。

数据控制处理系统8对第一位置信息和第二位置信息进行处理，得出激光在第一位置敏感器件4上的光斑中心坐标T_A（x₁，y₁）及在第二位置敏感器件5上的光斑中心坐标T_B（x₂，y₂），再根据第一位置敏感器件4和第二位置敏感器件5之间的间距D计算得出激光发射光轴与第一位置敏感器件4或第二位置敏感器件5的中心轴间的纵向偏差角弧度值α₁和横向偏差角弧度值β₁：

${\mathrm{\α}}_1=\frac{y_2-y_1}{D};$

${\mathrm{\β}}_1=\frac{x_2{-x}_1}{D};$

由于CCD成像组件3与第一位置敏感器件4和第二位置敏感器件5共轴，因此，被测激光装备激光发射光轴与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值为α₁，横向偏差角弧度值为β₁。

步骤1）中计算出了被测激光装备激光发射光轴与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的偏差角，因此，若想求得被测激光装备激光发射光轴与其他光学传感器间的光轴偏差角，后续需要求出其他光学传感器与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的偏差角，其他光学传感器与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的偏差角反映到所成图像中则表现为目标位置的偏移，目标位置的偏移量可采用模板匹配方法计算得到。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。下面采用模板匹配方法计算被测平台光电装备的可见光传感器和红外传感器分别与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的偏差角。

2）、计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角。

如图2所示，以图像img1为基准图像，将图像img2作为待匹配图像和图像img1进行匹配（对于以图像img2为基准图像，将图像img1和图像img2进行匹配而引起的误差可忽略不计）。首先从图像img1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_C（x₃，y₃）；将图像img2作为输入图像与图像img1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img1，I′（x，y）对应图像img2。

从待匹配图像img2的左上角（0，0）位置开始，选取与图像img1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图像img1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图像img2，在临时图像块遍历整个图像img2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，最后从图像img2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，计算出最佳匹配图像块的中心坐标T_D（x₄，y₄）。

计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₂和横向偏差角弧度值β₂：

${\mathrm{\α}}_2=\frac{y_4-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_2=\frac{x_4-x_3}{f^{\′}};$

其中，f′为CCD成像组件3的焦距。

3）、计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角。

以图像img1为基准图像，将图像img3和图像img1进行匹配。从图像img1中选取特征图像块并计算其中心坐标T_C（x₃，y₃）；按照步骤2）所述方法从图像img3中选取与图像img1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）。

计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件3光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₃和横向偏差角弧度值β₃：

${\mathrm{\α}}_3=\frac{y_5-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_3=\frac{x_5{-x}_3}{f^{\′}};$

其中，f′为CCD成像组件3的焦距。

4）、计算被测激光装备激光发射光轴与可见光传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₄和横向偏差角弧度值β₄：

α₄＝α₁-α₂；

β₄＝β₁-β₂。

5）、计算被测激光装备激光发射光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₅和横向偏差角弧度值β₅：

α₅＝α₁-α₃；

β₅＝β₁-β₃。

6）、计算被测可见光传感器光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₆和横向偏差角弧度值β₆：

α₆＝α₄-α₅；

β₆＝β₄-β₅。

此步骤中α₆和β₆还可以通过模板匹配方法来求得，具体如下：

以图像img2为基准图像，将图像img3和图像img2进行匹配。从图像img2中选取特征图像块并计算所选特征图像块的中心坐标T_F（x₆，y₆）；按照步骤2）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_G（x₇，y₇）。

计算被测可见光传感器光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₆和横向偏差角弧度值β₆：

${\mathrm{\α}}_6=\frac{y_7-y_5}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_6=\frac{x_7-x_5}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距。

采用这两种方法计算被测可见光传感器光轴与红外传感器光轴之间的偏差角，所得结果可能会稍有差异，但是误差在允许范围之内。

Claims (4)

1.一种平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测装置，其特征是，包括有：

半透半反镜，与第一位置敏感器件和反射镜相接，用于反射并透射由被测激光装备所发射的激光，反射后的激光光束直射入所述第一位置敏感器件，透射后的激光光束作为入射光束射向所述反射镜；

反射镜，与所述半透半反镜和第二位置敏感器件相接，用于对透射过所述半透半反镜后的激光光束进行反射，反射后的激光光束直射入所述第二位置敏感器件；

第一位置敏感器件，分别与所述半透半反镜和模数转换器相接，用于检测激光经所述半透半反镜反射后激光光斑的第一位置信号，并将检测到的第一位置信号发送至模数转换器；

第二位置敏感器件，分别与所述反射镜和模数转换器相接，且与所述第一位置敏感器件共轴，用于检测激光经所述反射镜反射后激光光斑的第二位置信号，并将检测到的第二位置信号发送至模数转换器；

模数转换器，分别与所述第一位置敏感器件、所述第二位置敏感器件和数据控制处理系统相接，用于接收所述第一位置信号和所述第二位置信号并分别进行模数转换，之后输出给数据控制处理系统；

CCD成像组件，与图像采集卡相接，且与所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件共轴，用于对远场固定目标进行成像并将图像输出给图像采集卡；

图像采集卡，与所述CCD成像组件和数据控制处理系统相接，用于将CCD成像组件采集到的图像进行模数转换，之后输出给数据控制处理系统；以及

数据控制处理系统，分别与所述模数转换器和所述图像采集卡相接，用于接收由所述模数转换器所传输的激光光斑的第一位置信息和第二位置信息，还接收由所述图像采集卡所传输的CCD成像组件采集到图像信息，还接收由被测平台光电装备中的可见光传感器和红外传感器分别输出的远场固定目标的图像信息；之后根据所述第一位置信息、所述第二位置信息以及所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距计算得出被测激光装备激光发射光轴与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角，并采用模板匹配方法对CCD成像组件采集到图像信息以及可见光传感器和红外传感器分别输出的图像信息进行图像预处理、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，进而得出可见光传感器和红外传感器分别与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角，最终计算得出被测平台光电装备的各光学传感器之间的光轴偏差角。

2.一种平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测方法，其特征是，包括以下步骤：

a、将检测装置置于被测激光装备的激光发射窗口前，使检测装置中的CCD成像组件瞄准远处场景中的某一固定目标，并使检测装置中的第一位置敏感器件和第二位置敏感器件均与所述CCD成像组件共轴，记录所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距并输入至数据控制处理系统；

b、调整检测装置中的半透半反镜和反射镜的放置位置，使由被测激光装备所发的激光经所述半透半反镜反射后可直射入所述第一位置敏感器件，使激光由所述半透半反镜透射后再经由所述反射镜反射后可直射入所述第二位置敏感器件；

c、使被测激光装备发射激光光束，激光光束首先经所述半透半反镜反射后直射入所述第一位置敏感器件，激光光束经所述半透半反镜透射后作为入射光束射向所述反射镜，由所述反射镜反射后的激光光束直射入所述第二位置敏感器件；

d、所述第一位置敏感器件检测激光经所述半透半反镜反射后激光光斑的第一位置信号，并将检测到的第一位置信号发送至模数转换器；所述第二位置敏感器件检测激光经所述反射镜反射后激光光斑的第二位置信号，并将检测到的第二位置信号发送至模数转换器；

e、模数转换器接收所述第一位置信号和所述第二位置信号并分别进行模数转换，之后输出给数据控制处理系统；

f、所述CCD成像组件采集远处场景中的固定目标的图像，将此固定目标图像记为第一图像，并将所述第一图像输出给图像采集卡；

g、图像采集卡对所述第一图像进行模数转换，之后输出给数据控制处理系统；

h、在所述CCD成像组件采集所述第一图像的同时，被测平台光电装备中的可见光传感器和红外传感器分别采集远处场景中的所述固定目标的图像，所采集到的远场固定目标图像均输出至所述数据控制处理系统；由所述可见光传感器采集到的图像记为第二图像，由所述红外传感器采集到的图像记为第三图像；

i、所述数据控制处理系统首先将模数转换器输出的第一位置信息和第二位置信息进行处理，之后再根据所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距计算得出被测激光装备激光发射光轴与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角；接着采用模板匹配方法对所述第一图像、所述第二图像和所述第三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，进而得出可见光传感器和红外传感器分别与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角，最终计算得出被测平台光电装备的各光学传感器之间的光轴偏差角。

3.根据权利要求2所述的平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测方法，其特征是，所述步骤i具体包括如下步骤：

i-1、计算被测激光装备激光发射光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统对所述第一位置信息和所述第二位置信息进行处理，得出激光在所述第一位置敏感器件上的光斑中心坐标T_A（x₁，y₁）及在所述第二位置敏感器件上的光斑中心坐标T_B（x₂，y₂），再根据所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距D计算得出激光光轴与所述第一位置敏感器件或所述第二位置敏感器件的中心轴间的纵向偏差角弧度值α₁和横向偏差角弧度值β₁：

${\mathrm{\α}}_1=\frac{y_2-y_1}{D};$

${\mathrm{\β}}_1=\frac{x_2{-x}_1}{D};$

由于所述CCD成像组件与所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件共轴，因此，被测激光装备激光发射光轴与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值为α₁，横向偏差角弧度值为β₁；

i-2、计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统从所述第一图像中选取特征图像块，计算特征图像块的中心坐标T_C（x₃，y₃）；

从所述第二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_D（x₄，y₄）为最佳匹配坐标；

计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₂和横向偏差角弧度值β₂：

${\mathrm{\α}}_2=\frac{y_4-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_2=\frac{x_4-x_3}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距；

i-3、计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统从所述第一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i-2所述方法从所述第三图像中选取与所述第一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）；

计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₃和横向偏差角弧度值β₃：

${\mathrm{\α}}_3=\frac{y_5-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_3=\frac{x_5-x_3}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距；

i-4、计算被测激光装备激光发射光轴与可见光传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₄和横向偏差角弧度值β₄：

α₄＝α₁-α₂；

β₄＝β₁-β₂；

i-5、计算被测激光装备激光发射光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₅和横向偏差角弧度值β₅：

α₅＝α₁-α₃；

β₅＝β₁-β₃；

i-6、计算被测可见光传感器光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₆和横向偏差角弧度值β₆：

α₆＝α₄-α₅；

β₆＝β₄-β₅。

4.根据权利要求2所述的平台光电装备的任意轴距多光轴一致性检测方法，其特征是，所述步骤i具体包括如下步骤：

i-1、计算被测激光装备激光发射光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统对所述第一位置信息和所述第二位置信息进行处理，得出激光在所述第一位置敏感器件上的光斑中心坐标T_A（x₁，y₁）及在所述第二位置敏感器件上的光斑中心坐标T_B（x₂，y₂），再根据所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件之间的间距D计算得出激光光轴与所述第一位置敏感器件或所述第二位置敏感器件的中心轴间的纵向偏差角弧度值α₁和横向偏差角弧度值β₁：

${\mathrm{\α}}_1=\frac{y_2-y_1}{D};$

${\mathrm{\β}}_1=\frac{x_2{-x}_1}{D};$

由于所述CCD成像组件与所述第一位置敏感器件和所述第二位置敏感器件共轴，因此，被测激光装备激光发射光轴与所述CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值为α₁，横向偏差角弧度值为β₁；

i-2、计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统从所述第一图像中选取特征图像块，计算特征图像块的中心坐标T_C（x₃，y₃）；

从所述第二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_D（x₄，y₄）为最佳匹配坐标；

计算被测可见光传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₂和横向偏差角弧度值β₂：

${\mathrm{\α}}_2=\frac{y_4-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_2=\frac{x_4-x_3}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距；

i-3、计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的偏差角：

数据控制处理系统从所述第一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i-2所述方法从所述第三图像中选取与所述第一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）；

计算被测红外传感器光轴与CCD成像组件光敏面中心轴之间的纵向偏差角弧度值α₃和横向偏差角弧度值β₃：

${\mathrm{\α}}_3=\frac{y_5-y_3}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_3=\frac{x_5-x_3}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距；

i-4、计算被测激光装备激光发射光轴与可见光传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₄和横向偏差角弧度值β₄：

α₄＝α₁-α₂；

β₄＝β₁-β₂；

i-5、计算被测激光装备激光发射光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₅和横向偏差角弧度值β₅：

α₅＝α₁-α₃；

β₅＝β₁-β₃；

i-6、计算被测可见光传感器光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₆和横向偏差角弧度值β₆：

数据控制处理系统从所述第二图像中选取特征图像块并计算所选特征图像块的中心坐标T_F（x₆，y₆）；按照步骤i-2所述方法从所述第三图像中选取与所述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_G（x₇，y₇）；

计算被测可见光传感器光轴与红外传感器光轴之间的纵向偏差角弧度值α₆和横向偏差角弧度值β₆：

${\mathrm{\α}}_6=\frac{y_7-y_5}{f^{\′}};$

${\mathrm{\β}}_6=\frac{x_7-x_5}{f^{\′}};$

其中，f′为所述CCD成像组件的焦距。

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