CN104280995B - 一种相机焦面电荷耦合器件快速成像方法 - Google Patents

Abstract

一种相机焦面电荷耦合器件快速成像方法，首先使得相机光轴和平行光管的光轴高度相同，将平行光管的焦面换为90度折转焦面并安装十字刻线靶标，然后将两个克拉灯分别放在90度折转焦面光源放置处，在第二焦面处放置一个黑色光阑，调整二维转台的水平角度和俯仰角度，使得两个克拉灯发射光束形成的会聚光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，最后将第一克拉灯换成摄像头对十字刻线中心进行实时成像；本发明可以快速准确地确定相机与平行光管的相互位置关系和克拉灯与摄像头的位置关系，从而实现了相机焦面电荷耦合器件在平行光管无穷远位置的快速成像。

Description

一种相机焦面电荷耦合器件快速成像方法

技术领域

本发明涉及一种快速成像的方法，特别是一种相机焦面耦合器件快速成像的方法，适用于航天光学测绘相机在多相机系统集成测试过程中相机焦面耦合器件的快速成像，属于航天光学遥感器技术领域。

背景技术

随着对实时立体测绘图像的广泛需求，测绘相机一般采用两台或三台相机成像，通过多台相机在不同摄影时刻对地面同一景物成像实现立体测绘。因此，对于采用多台线阵相机组合的测绘相机来说，除了以往的主点、主距和畸变等常规内方位元素参数需要精确校准之外，还需要对多相机间的光轴夹角位置进行精确保证，同时各相机电荷耦合器件线阵要求严格平行。目前对于多相机的高精度视轴夹角和线阵平行性的装调和测试一般采用将相机的焦面在平行光管的无穷远焦面处成像，利用平行光管相机焦面耦合器件两端4个角点成像，通过对各角点对应的高精度二维转台的角度来计算多相机的视轴夹角和相机的线阵平行性。因此相机焦面电荷耦合器件在平行光管无穷远位置快速成像成了测试测绘多相机视轴夹角和线阵平行性的基础。

目前采用的透过平行光管无穷远焦面直接用肉眼观察相机电荷耦合器件，反复调整相机、平行光管、克拉灯和摄像头的位置与角度，力求相机焦面耦合器件成像清晰图像的方法，其调整工作量大，并且没有明确标准，很难实现快速对相机的焦面成像。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出了一种相机焦面耦合器件快速成像的方法，可以快速准确地确定相机与平行光管的相互位置关系和克拉灯与摄像头的位置关系，从而实现了相机焦面电荷耦合器件在平行光管无穷远位置的快速成像，最大程度上满足了相机焦面电荷耦合器件快速成像的需求。

本发明的技术解决方案：一种相机焦面电荷耦合器件快速成像方法，步骤如下：

(1)将相机主体放置在高精度二维转台上，将平行光管放置在三维调整台上；所述高精度二维转台的水平测角精度和俯仰测角精度均优于2″；

(2)调整步骤(1)中的高精度二维转台和三维调整台，使得相机光轴和平行光管的光轴高度相同；

(3)步骤(2)中的调整完成后，将平行光管的焦面换为90度折转焦面，所述90度折转焦面包括第一焦面和第二焦面；第一焦面的法线与平行光管轴线垂直，第二焦面的法线与平行光管的轴线平行；

(4)在第一焦面上安装十字刻线靶标，十字刻线靶标的中间十字不透光，其它地方透光，透光率为1：100；

(5)将两个相同的克拉灯分别放在第一焦面和第二焦面的光源放置处，放在第一焦面处的克拉灯为第一克拉灯，放在第二焦面处的克拉灯为第二克拉灯，所述光源放置处与第一焦面和第二焦面的距离均为克拉灯的焦距；

(6)调整第一克拉灯的位置，使得第一克拉灯的光束在十字刻线靶标的十字刻线中心处会聚为一个光斑，未被十字刻线遮挡的光束通过平行光管和相机的镜头后在相机无穷远焦面处会聚；

(7)在第二焦面处放置一个黑色光阑，所述黑色光阑的中心位置为一个直径2mm的圆形通光孔，调整第二克拉灯的位置，使得第二克拉灯的光束在圆形通光孔处会聚为一个光斑，该光斑通过平行光管和相机的镜头后在相机无穷远焦面处会聚；

(8)观测第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑在相机无穷远焦面上的位置，若光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，则不对高精度二维转台进行调整，进入步骤(9)，若光斑没有位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，则调整高精度二维转台的水平角度和俯仰角度，使得第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，进入步骤(9)；

(9)观测第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑是否位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上的同一位置，若不位于同一位置，则调整第二克拉灯的水平角度和俯仰角度，使得第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上的同一位置，进入步骤(10)，若位于同一位置，则不对第二克拉灯的水平角度和俯仰角度进行调整，进入步骤(10)；

(10)将第一克拉灯换成摄像头，摄像头连接电脑对平行光管十字刻线靶标的十字刻线中心进行实时成像，调整摄像头的位置，使得十字刻线靶标的十字刻线中心成像清晰，即完成成像系统的成像前调整过程；进入步骤(11)；

(11)利用摄像头对相机的无穷远焦面的电荷耦合器件进行成像，从而完成相机的线阵平行性和视轴夹角测试，用于相机的系统装调。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本发明在原有相机焦面耦合器件的成像方法研究的基础上，建立了一种快速对电荷耦合器件定位的方法，并可运用到相机的线阵平行性测试和测绘相机各相机视轴夹角的测试中，提升了相机系统集成的能力；

(2)本发明通过双克拉灯与平行光管相结合的成像方法对准相机焦面，直接确定相机、平行光管、克拉灯和摄像头的位置，不需要对这些仪器的位置进行反复试验确定，保证了相机定位的准确性，大大提高装调测试效率；

(3)本发明将相机安装在高精度二维转台上，通过高精度二维转台调整相机的位置，结合第二克拉灯水平角度和俯仰角度的调整，可以确保成像系统的成像前调整的精度，从而保证了最终的成像精度和成像清晰度。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为平行光管折转焦面示意图；

图3为相机焦面定位测试示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地阐述。

一种相机焦面在平行光管无穷远处快速成像的方法，其特征在于采用双克拉灯在平行光管的折转焦面处同时照射相机焦面，快速确定焦面成像时相机、平行光管、克拉灯和摄像头的位置。

如图1所示本发明流程图，由图1可知，本发明所采用的技术方案实现步骤如下：

(1)如图2所示，其中1表示放在第一焦面靶标装框处的第一克拉灯，2表示放在第二焦面位置处的第二克拉灯，3表示平行光管，4表示高精度二维转台，5表示待测相机，6表示三维调整台。测试时将相机主体放置在高精度二维转台上，将平行光管放置在三维调整台上；

(2)根据步骤(1)中相机与平行光管的位置调整高精度二维转台和三维调整台，使得相机光轴和平行光管的光轴高度相同；

(3)步骤(2)中的调整完成后，将平行光管的焦面换为90度折转焦面，所述90度折转焦面包括第一焦面和第二焦面；第一焦面的法线与平行光管轴线垂直，第二焦面的法线与平行光管的轴线平行；折转焦面如图3所示，其中1，2，和3与图2中定义一致，4表示平行光管的折转焦面。折转焦面可以两部分光照，一部分为靶标装框处可放置光源，另一部分为折转90度处可放置光源；

(4)利用步骤(3)中的折转焦面，在第一焦面上安装十字刻线靶标，十字刻线靶标的中间十字不透光，其它地方透光，透光率为1：100；

(5)根据步骤(4)将两个相同的克拉灯分别放在第一焦面和第二焦面的光源放置处，放在第一焦面处的克拉灯为第一克拉灯，放在第二焦面处的克拉灯为第二克拉灯，所述光源放置处与第一焦面和第二焦面的距离均为克拉灯的焦距；

(6)调整第一克拉灯的位置，使得第一克拉灯的光束在十字刻线靶标的十字刻线中心处会聚为一个光斑，未被十字刻线遮挡的光束通过平行光管和相机的镜头后在相机无穷远焦面处会聚；

(7)在第二焦面处放置一个黑色光阑，所述黑色光阑的中心位置为一个直径2mm的圆形通光孔，调整第二克拉灯的位置，使得第二克拉灯的光束在圆形通光孔处会聚为一个光斑，该光斑通过平行光管和相机的镜头后在相机无穷远焦面处会聚；

(8)观测第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑在相机无穷远焦面上的位置，若光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，则不对高精度二维转台进行调整，进入步骤(9)，若光斑没有位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，则调整高精度二维转台的水平角度和俯仰角度，使得第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，进入步骤(9)；

(9)观测第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑是否位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上的同一位置，若不位于同一位置，则调整第二克拉灯的水平角度和俯仰角度，使得第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上的同一位置，进入步骤(10)，若位于同一位置，则不对第二克拉灯的水平角度和俯仰角度进行调整，进入步骤(10)；

(10)将第一克拉灯换成摄像头，摄像头连接电脑对平行光管十字刻线靶标的十字刻线中心进行实时成像，调整摄像头的位置，使得十字刻线靶标的十字刻线中心成像清晰，即完成成像系统的成像前调整过程；进入步骤(11)；

(11)利用摄像头对相机的无穷远焦面的电荷耦合器件进行成像，从而完成相机的线阵平行性和视轴夹角测试，用于相机的系统装调。

具体实施例

我国某型号相机的系统集成过程中首次采用了相机焦面耦合器件快速成像的方法，测试中使用了水平角度精度和俯仰角度精度均优于2″的高精度二维转台，对相机的放大倍率优于5倍的平行光管，放大倍率优于500倍的摄像头，焦距为50mm的克拉灯，透过比为1：100的十字刻线靶标。经过测试表明，应用了本发明后，相机焦面耦合器件成像时经过一次精密调整即可完成，大约耗时10分钟；比起以往利用肉眼观测焦面位置，反复调整相机、平行光管、摄像头和克拉灯的位置，耗时3～4个小时才能完成测试大大提高了测试效率，在对相机焦面成像的清晰度上也可以大大提高，对实现相机线阵平行性测试精度优于20″，视轴夹角测试精度优于10″提供了有效地保障。

本发明中的方法可以应用于高精度立体测绘相机的系统集成和测试，相机焦面的多余物检测等多种领域，大大提高了工作效率。

Claims (1)

1.一种相机焦面电荷耦合器件快速成像方法，其特征在于步骤如下：

(1)将相机主体放置在高精度二维转台上，将平行光管放置在三维调整台上；所述高精度二维转台的水平测角精度和俯仰测角精度均优于2″；

(2)调整步骤(1)中的高精度二维转台和三维调整台，使得相机光轴和平行光管的光轴高度相同；

(3)步骤(2)中的调整完成后，将平行光管的焦面换为90度折转焦面，所述90度折转焦面包括第一焦面和第二焦面；第一焦面的法线与平行光管轴线垂直，第二焦面的法线与平行光管的轴线平行；

(4)在第一焦面上安装十字刻线靶标，十字刻线靶标的中间十字不透光，其它地方透光，透光率为1：100；

(5)将两个相同的克拉灯分别放在第一焦面和第二焦面的光源放置处，放在第一焦面处的克拉灯为第一克拉灯，放在第二焦面处的克拉灯为第二克拉灯，第一克拉灯所处的光源放置处与第一焦面的距离为第一克拉灯的焦距，第二克拉灯所处的光源放置处与第二焦面的距离为第二克拉灯的焦距；

(6)调整第一克拉灯的位置，使得第一克拉灯的光束在十字刻线靶标的十字刻线中心处会聚为一个光斑，未被十字刻线遮挡的光束通过平行光管和相机的镜头后在相机无穷远焦面处会聚；

(7)在第二焦面处放置一个黑色光阑，所述黑色光阑的中心位置为一个直径2mm的圆形通光孔，调整第二克拉灯的位置，使得第二克拉灯的光束在圆形通光孔处会聚为一个光斑，该光斑通过平行光管和相机的镜头后在相机无穷远焦面处会聚；

(8)观测第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑在相机无穷远焦面上的位置，若光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，则不对高精度二维转台进行调整，进入步骤(9)，若光斑没有位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，则调整高精度二维转台的水平角度和俯仰角度，使得第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上，进入步骤(9)；

(9)观测第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑是否位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上的同一位置，若不位于同一位置，则调整第二克拉灯的水平角度和俯仰角度，使得第一克拉灯和第二克拉灯发射光束形成的会聚光斑位于相机无穷远焦面电荷耦合器件上的同一位置，进入步骤(10)，若位于同一位置，则不对第二克拉灯的水平角度和俯仰角度进行调整，进入步骤(10)；

(10)将第一克拉灯换成摄像头，摄像头连接电脑对平行光管十字刻线靶标的十字刻线中心进行实时成像，调整摄像头的位置，使得十字刻线靶标的十字刻线中心成像清晰，即完成成像系统的成像前调整过程；进入步骤(11)；

(11)利用摄像头对相机的无穷远焦面的电荷耦合器件进行成像，从而完成相机的线阵平行性和视轴夹角测试，用于相机的系统装调。