CN103994875A - 一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法 - Google Patents

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周盛民
朱汉民
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Abstract

本发明涉及一种镜头参数检测技术，尤其是涉及一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法。其主要是解决现有技术所存在的远景摄影系统畸变测量程序复杂，操作难度大，精度低等的技术问题。本发明包括通过将分划板置于大视场角平行光管的物方焦平面上，实现了一个位于无穷远处的分划板的虚像，该虚像经过被测镜头后，在被测镜头的焦平面上成一个分划板实像，利用数字图像处理软件根据分划板上各个网格点实际像点位置和理想像点的位置偏差，得到对应各个视场角的镜头畸变量。

Description

一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法
技术领域
本发明涉及一种镜头参数检测技术，尤其是涉及一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法。
背景技术
平行光管（collimator）是指用来获取来自无限远的平行光束的光学系统。
镜头是指用来完成对景物成像的光学系统。
畸变（distortion）是光学成像系统主光线的像差，主光线是指光束的中心线，像差是指光学成像系统实际像与理想像之间的差异。畸变是由于成像系统焦平面上不同区域对影像的放大率不同而形成的画面扭曲变形现象，畸变的存在会影响景物成像的质量，对镜头畸变的校准首先需要对镜头的畸变进行测量。
目前国内外用来测评光学系统成像畸变的设备大致可分为两类：精密测长法和精密测角法。精密测长法是指，将网格板放置在被测光学系统的前面,使被测光学系统的光轴垂直网格板并通过其中心，记录网格在像平面上的图案，用精密的测量仪测量出各不同视场角位置上的目标像到中心的距离。例如在专利US5812260、US5471297、JP1123726中描述的装置。
精密测角法是指，测量时将标定过的网格板精确地安置在镜头焦面上, 并且使其刻划中心与光轴重合，转动精密转台使其上的网格板各刻线到测量位置, 在网格板的像方共轭位置使用CCD相机观测, 测量网格板上不同刻线的实际像对应的角度。例如专利CN202522395中描述的装置。
精密测长法适用于近景摄影系统，网格板的制作成本高，对于大视场角的光学系统需要一个巨大的网格板。对于远景摄影系统，如航空相机的畸变测试，更要求相机从高空拍摄地面的定点坐标来测量，测试程序复杂，操作不便，且试验占用场地大，受人为干扰因素多，地面大量靶标布设和维护不易，结果容易受飞行稳定性、天气等影响。精密测角法要求一个精密角控制的转动平台，其测量精度不高并且测试设备不宜携带。
发明内容
本发明是提供一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法，其主要是解决现有技术所存在的远景摄影系统畸变测量程序复杂，操作难度大，精度低等的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明的一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法，包括：通过将分划板置于大视场角平行光管的物方焦平面上，实现了一个位于无穷远处的分划板的虚像，该虚像经过被测镜头后，在被测镜头的焦平面上成一个分划板实像，利用数字图像处理软件根据分划板上各个网格点实际像点位置和理想像点的位置偏差，得到对应各个视场角的镜头畸变量。
本发明采用的装置由分划板、大视场角平行光管、成像元件、模数转换器和数字图像处理软件组成。
作为优选，所述的分划板置于大视场角平行光管的物方焦平面上，分划板上的网格点在像方获得对应的平行光线，在像方实现了一个位于无穷远处的分划板的虚像。
作为优选，所述的分划板虚像上对各个网格点代表的相对视场角（相对于畸变中心点的水平角和竖直角）进行标识记录。
作为优选，所述的数字图像处理软件的处理步骤包括：根据各个网格点的水平角和竖直角计算网格点通过被测系统后的理想像点位置，通过对采集的分划板的实像进行图像识别，获得各个网格点的实际像点的位置，并计算实际像点和理想像点的位置偏差，即对应各个视场角的镜头畸变量。
因此，本发明具有系统体积小，携带方便，成本低，计算速度快，计算结果可信度高，测试简单，解决了大视场远景拍摄系统的光学畸变测量问题，克服了传统测试方式中网格板制作难度大、测量精度不高的问题，克服航空相机测量只能飞行测试的问题等特点。
附图说明
附图1是本发明的原理框图；
附图2是本发明中分划板图；
附图3是分划板经过大视场角平行光管后的虚像图；
附图4是平行光线经过被测镜头后在其焦平面上成的实像图；
附图5平行光线经过被测镜头后在其焦平面上成的理想像图；
附图6是本发明的软件处理流程图。
图中零部件、部位及编号：分划板1、大视场角平行光管2、成像元件4、模数转换器6、数字图像处理软件7。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本例的一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法，其使用的装置由分划板1、大视场角平行光管2、成像元件4、模数转换器6和数字图像处理软件7组成；其步骤为： 
如图2所示，本发明中的分划板1包含被细分的网格，交错的网格格点用于精确定位；分划板1置于大视场角平行光管的物方焦平面上，在大视场角平行光管像方形成一个位于无穷远处的分划板的虚像，如图3所示；
       分划板1上的网格点对应于的一组固定视场角（α, β）的平行光线，其中α为相对于畸变中心点O（α0=0, β0=0）的水平视场角，β为相对于O点的垂直视场角，该视场角可以用经纬仪等测量工具测得，如P点处的视场角为(α1=5°, β1=6°)；
       无穷远处的分划板的虚像经过被测镜头3再次成像后，在被测镜头3的焦平面的成像元件4上成一个分划板实像(如附图4所示)，成像元件4采集获得分划板实像的模拟信号5，通过模数转换器6转变为数字图像；
数字图像处理软件7的处理流程如附图6所示：首先，如图4，在获得分划板实像后，数字图像处理软件7需要确定每个网格交叉点成像后的实际位置，即针对图像特征计算潜在的十字中心点，判断排除虚假十字丝；其次，数字图像处理软件7通过计算确定畸变中心点位置Oˊ(x0=0, y0=0, α0=0°, β0=0°)和每个网格交叉点的坐标位置，如Pˊ (x1=1200, y1=1400, α1=5°, β1=6°)，其中x0,y0, x1,y1分别为点Oˊ和点Pˊ在图4上的像素点坐标的x值和y值；第三，数字图像处理软件7通过每个交叉点对应的视场角计算得到该点的理想像点位置P"( x2=1170, y2=1350, α1=5°, β1=6°)，如如附图5所示；最后，数字图像处理软件7计算实际像点和理想像点的位置偏差，即对应各个视场角的镜头畸变量，用相对畸变q来表示：
qx=（x1- x2）/ x2×100% = 2.56%，
qy=（y1- y2）/ y2×100% = 3.70%，
其中qx，qy分别为镜头在x轴和y轴上的畸变分量。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (4)

1.一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法，其特征在于所述的方法包括：通过将分划板置于大视场角平行光管的物方焦平面上，实现了一个位于无穷远处的分划板的虚像，该虚像经过被测镜头后，在被测镜头的焦平面上成一个分划板实像，利用数字图像处理软件根据分划板上各个网格点实际像点位置和理想像点的位置偏差，得到对应各个视场角的镜头畸变量。
2.根据权利要求1所述的一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法，其特征在于所述的分划板置于大视场角平行光管的物方焦平面上，分划板上的网格点在像方获得对应的平行光线，在像方实现了一个位于无穷远处的分划板的虚像。
3.根据权利要求2所述的一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法，其特征在于所述的分划板虚像上对各个网格点代表的相对视场角进行标识记录。
4.根据权利要求1所述的一种基于大视场角平行光管的镜头畸变测量方法，其特征在于所述的数字图像处理软件的处理步骤包括：根据各个网格点的水平角和竖直角计算网格点通过被测系统后的理想像点位置，通过对采集的分划板的实像进行图像识别，获得各个网格点的实际像点的位置，并计算实际像点和理想像点的位置偏差，即对应各个视场角的镜头畸变量。
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