CN103968858A - 一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置，其包括：平行光管系统、六维转台系统及角度监视系统。本发明的几何定标装置通过平行光管系统产生沿像面矢径方向的紫外平行光束模拟无穷远目标，通过六维转台系统将待定标仪器大视场沿垂直像面矢径方向进行分割，很好地降低了仪器超大视场几何定标所带来的立体空间需求以及随之而来的成本要求；同时，由于经纬仪系统的高精度及自水平功能、六维转台系统的数字化电控及足够小步长当量，使得几何定标具有很高的准确度和重复性，可实现CCD像素级的位移以及亚像素级的重复性；整套装置非专项专用，设备重复使用率高，紫外波段信号强，随搭随用，在超大视场紫外成像仪几何定标方面作用尤其明显。

Description

一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置

技术领域

本发明属于光学几何定标技术领域，具体涉及一种利用平行光管及六维转台等设备进行几何定标的，超大视场紫外成像仪的几何定标装置。

背景技术

光学成像仪器用于科学研究，其探测的数据不仅需要由辐射定标确定其大小，还要通过几何定标确定成像仪器探测器像元与被摄物体之间的位置关系，两者缺一不可。

目前，国内外常用于成像仪几何定标的方法中包括室内或野外检校场、室内多级标定等，其基本原理均是通过测量物空间一系列已知几何关系的物点之间投影到成像仪像空间像平面上不同像点之间的位置坐标变化关系，经后续直接线性变换或基于空间后方交会等算法的拟合计算，从而精确给出成像仪的几何成像模型。室内或野外检校场方法尽管精度较高，但建设成本也高，检校场的大小直接依赖于成像仪视场角的大小以及几何定标的距离，检校场不同物点处的光源也需满足成像仪探测的光谱需要；室内多级标定通过平行光管照明均匀分布圆形小孔标记的平板作为物点，平板可沿长直导轨滑动从而对成像仪产生不同的距离及视场张角，但导轨需要有很高的直线度，平行光管的口径及平板的大小也直接受制于成像仪的视场大小。

对于超大视场(140°～146°)紫外成像仪，室内或野外检校场方法由于所耗费的成本太大而不太可取，室内多级标定则由于紫外平行光管口径的加大、平板尺寸的加大以及相应导轨加长等诸多因素的限制也不适用。

发明内容

本发明要解决现有技术中几何定标装置的规模及成本受制于成像仪视场及光谱通道的技术问题，提出一种利用平行光管及六维转台等设备进行几何定标的，超大视场紫外成像仪的几何定标装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置，包括：平行光管系统、六维转台系统及角度监视系统；

所述平行光管系统包括：紫外光源、平行光管、一维转台、折转平面反射镜；所述的紫外光源涵盖待定标仪器工作波段；所述的平行光管的焦面处设有星点靶标，以限制其输出平行光的视场方向；所述的一维转台用以固定并带动平面反射镜旋转；所述的折转平面反射镜反射面蒸镀紫外高反膜，用以折转平行光管发出的平行光束；

所述六维转台系统包括：六维转台、控制电源、仪器转台连接板；所述的六维转台包括前后、左右、上下的平移、水平面内两个相互垂直方向的倾斜以及水平面内的旋转六个维数的调节，用以控制待定标仪器的姿态；所述的控制电源主要对六维转台各维数变化进行数字化电控；所述的仪器转台连接板需依据转台和待定标仪器的尺寸加工，并保证仪器光轴与六维转台的旋转轴线尽可能重合；

所述角度监视系统包括：标准立方棱镜、监视平面反射镜、莱卡经纬仪；所述的标准立方棱镜固定在待定标仪器某一水平安装面上，其垂直方向的两个反射面用以监测待定标仪器该水平安装面的水平状态；所述的监视平面反射镜置于平行光管系统中一维转台的旋转面上，用以监测一维转台及折转平面反射镜的状态变化；所述的莱卡经纬仪具有自校准大地平功能，能精确提供各反射面或平行光束与水平面的角度差。

在上述技术方案中，所述的平行光管系统发出的紫外平行光，可经过角度监视系统调整其角度的俯仰和方位之后，以某一特定入射角进入六维转台系统上的仪器视场之内，完成几何标定。

在上述技术方案中，所述的角度监视系统还需要对平行光管系统发出的紫外平行光的角度进行监测和修正，并指导六维转台系统调节待定标仪器始终保持水平状态。

在上述技术方案中，所述的六维转台系统可通过水平面内的旋转可得到待定标仪器同一入射角下360°全方位垂直像面矢径方向的成像点；

所述的平行光管系统可通过改变平行光束的入射角可得到待定标仪器同一方位下所有入射角情况沿像面矢径方向的成像点。

本发明的超大视场紫外成像仪的几何定标装置，所述的平行光管系统、六维转台系统、角度监视系统三者的高度和距离主要依据待定标仪器的视场大小决定，通过事先在画图软件模拟可指导整套装置的搭建。

本发明具有以下的有益效果：

本发明的超大视场紫外成像仪的几何定标装置，通过平行光管系统产生沿像面矢径方向的紫外平行光束模拟无穷远目标，通过六维转台系统将待定标仪器大视场沿垂直像面矢径方向进行分割，很好地降低了仪器超大视场几何定标所带来的立体空间需求以及随之而来的成本要求；同时，由于经纬仪系统的高精度及自水平功能、六维转台系统的数字化电控及足够小步长当量，使得几何定标具有很高的准确度和重复性，可实现CCD像素级的位移以及亚像素级的重复性；整套装置非专项专用，设备重复使用率高，紫外波段信号强，随搭随用，在超大视场紫外成像仪几何定标方面作用尤其明显。

附图说明

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。

图1是一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置的结构示意图；

图2是一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置中平行光束折转结构示意图；

图3是一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置中仪器水平调节结构示意图。

图中的附图标记表示为：

1-紫外光源；2-平行光管；3-一维转台；4-折转平面反射镜；5-六维转台；6-控制电源；7-仪器转台连接板；8-标准立方棱镜；9-监视平面反射镜；10-莱卡经纬仪；11-莱卡经纬仪；12-待定标仪器；13～16-经纬仪观测方位。

具体实施方式

本发明的发明思想为：本发明的超大视场紫外成像仪的几何定标装置，利用平行光管及六维转台等设备进行搭建组合，通过高精度莱卡经纬仪及六维转台系统细分待定标仪器的视场，尤其适用于超大视场紫外成像仪的高精度几何定标。

一种超大视场紫外成像仪高精度几何定标装置，由平行光管系统、六维转台系统及角度监视系统构成。平行光管系统包括紫外光源、平行光管、一维转台、折转平面反射镜；六维转台系统包括六维转台、控制电源、仪器转台连接板；角度监视系统包括标准立方棱镜、监视平面反射镜、莱卡经纬仪。平行光管系统发出的平行光束，由角度监视系统对其俯仰及方位进行监测调整，使其以待定标仪器特定视场角进入仪器，通过记录像面上成像点位置坐标的方式完成该像素点的几何标定；在角度监视系统的监测下，通过六维转台系统的旋转及平行光管系统自身的转动，在像面上可得到一系列对应已知入射角俯仰和方位的像素点坐标，结合曲线拟合或插值等手段即可得到整个像面上各像素对应的视场角。该装置借助高精度经纬仪及六维转台，使得几何定标具有很高的精度和重复性，同时由于紫外波段信号足够强，使其尤其适用于超大视场紫外成像仪的光机装调和几何定标。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述：

如图1所示，本发明的一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置包括：平行光管系统(紫外光源1、平行光管2、一维转台3、折转平面反射镜4)、六维转台系统(六维转台5、控制电源6、仪器转台连接板7)、监视系统(标准立方棱镜8、监视平面反射镜9、莱卡经纬仪10、莱卡经纬仪11)。待定标设备12为140°～146°超大视场紫外成像仪，经纬仪观测方向13为莱卡经纬仪11对平行光管系统输出平行光束角度进行确认，经纬仪观测方向14为莱卡经纬仪10对平行光管系统输出平行光束角度进行监视，经纬仪观测方向15为莱卡经纬仪11对六维转台系统上待定标仪器水平状态进行确认(其中垂直纸面且与观测方向15垂直的另一维未画出)。

折转平面反射镜4将平行光管2发出的平行光束折转，一部分沿经纬仪观测方向13由莱卡经纬仪11进行角度确认，一维转台3依据莱卡经纬仪11确认结果调节折转平面反射镜4反射光束角度，从而使另一部分平行光束以已知角度进入待定标仪器12的视场，莱卡经纬仪10沿观测方向14记录此时监视平面反射镜9的角度；

莱卡经纬仪11沿观测方向15，莱卡经纬仪10沿观测方向16分别监视标准立方棱镜8的相邻两面，通过控制电源6调节六维转台5水平面内两个相互垂直方向的倾斜，始终保证待定标仪器光轴垂直于水平面，继续通过控制电源6调节六维转台5水平面内的旋转，从而给出待定标仪器同一入射角下360°全方位的成像点(垂直像面矢径方向)；

通过一维转台3改变折转平面反射镜4反射平行光束角度，重复以上步骤即可得到仪器一系列入射角下360°全方位的成像点，直至定标覆盖像面全部成像点。

本发明的一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置，通过高精度的莱卡经纬仪监测一维转台控制折转反射镜的旋转角度，使得平行光管发出的平行光束能以特定的已知角度进入待定标仪器，继而成像于像面上某一像素点，同时结合高精度六维转台系统带动仪器转动并将仪器视场细分，从而得到仪器像面上一系列像素点对应的视场角。该装置据有很高的角度精度及重复性，且紫外波段信号强，尤其适用于超大视场紫外成像仪前期的光机装调及后期的几何定标。

实施例

本课题组研制的紫外临边成像仪，其临边方向视场角为140°～146°，且能同时对临边6个方位的大气辐射进行探测，中心波长295nm，焦距22.37mm，光谱分辨率优于15nm。

为了对其进行几何视场定标，传统的室内检校场或多级标定装置都面临构建成本大的问题，且两者都占据空间大、具有排它性、构建时空间维上的距离误差也较大，不适合其高精度的几何标定。

为此，借助实验室已具备的平行光管、高精度六维转台及莱卡经纬仪，并通过折转反射镜将仪器大视场成像光束折转从而更有效地利用实验室空间，构建一套能模拟仪器真实视场的定标装置。其中莱卡经纬仪角度测量精度达0.5"，六维转台电控步距可达4.5"，由仪器自身像素13μm及焦距22.37mm可知单像素对应视场角约为2'，远大于莱卡经纬仪及六维转台的调节精度。为了增强装置紫外波段的信号强度，选择紫外波段很强的大功率氙灯光源，同时折转反射镜蒸镀紫外高反膜。

本发明未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种超大视场紫外成像仪的几何定标装置，其特征在于，包括：平行光管系统、六维转台系统及角度监视系统；

所述平行光管系统包括：紫外光源、平行光管、一维转台、折转平面反射镜；所述的紫外光源涵盖待定标仪器工作波段；所述的平行光管的焦面处设有星点靶标，以限制其输出平行光的视场方向；所述的一维转台用以固定并带动平面反射镜旋转；所述的折转平面反射镜反射面蒸镀紫外高反膜，用以折转平行光管发出的平行光束；

所述六维转台系统包括：六维转台、控制电源、仪器转台连接板；所述的六维转台包括前后、左右、上下的平移、水平面内两个相互垂直方向的倾斜以及水平面内的旋转六个维数的调节，用以控制待定标仪器的姿态；所述的控制电源主要对六维转台各维数变化进行数字化电控；所述的仪器转台连接板需依据转台和待定标仪器的尺寸加工，并保证仪器光轴与六维转台的旋转轴线尽可能重合；

所述角度监视系统包括：标准立方棱镜、监视平面反射镜、莱卡经纬仪；所述的标准立方棱镜固定在待定标仪器某一水平安装面上，其垂直方向的两个反射面用以监测待定标仪器该水平安装面的水平状态；所述的监视平面反射镜置于平行光管系统中一维转台的旋转面上，用以监测一维转台及折转平面反射镜的状态变化；所述的莱卡经纬仪具有自校准大地平功能，能精确提供各反射面或平行光束与水平面的角度差。

2.根据权利要求1所述的几何定标装置，其特征在于，所述的平行光管系统发出的紫外平行光，可经过角度监视系统调整其角度的俯仰和方位之后，以某一特定入射角进入六维转台系统上的仪器视场之内，完成几何标定。

3.根据权利要求1所述的几何定标装置，其特征在于，所述的角度监视系统还需要对平行光管系统发出的紫外平行光的角度进行监测和修正，并指导六维转台系统调节待定标仪器始终保持水平状态。

4.根据权利要求1所述的几何定标装置，其特征在于，

所述的六维转台系统可通过水平面内的旋转可得到待定标仪器同一入射角下360°全方位垂直像面矢径方向的成像点；

所述的平行光管系统可通过改变平行光束的入射角可得到待定标仪器同一方位下所有入射角情况沿像面矢径方向的成像点。