CN105043305B - 一种量子关联自准直仪及测角方法 - Google Patents
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Abstract
一种量子关联自准直仪及测角方法，利用步进电机和脉冲调制控制实现的编码光场，利用工业相机和变焦镜头对光场拍摄一系列放大或缩小ω倍的图像，图像按时序存入存储单元留待使用。使用小孔光阑和单像素光电探测器替代经典自准直仪阵列相机部分，将采集到的光电探测信号与工业相机拍摄的一系列图像进行关联计算，计算结果将得到小孔光阑成像位置坐标。通过转动反射镜和重复测量，可得到两幅小孔光阑成像位置坐标相减，根据经典自准直仪理论可得到转角信息，即可完成测角。本发明克服现有经典自准直仪体积大、测角量程范围与测角精度相互制约的不足问题，可解决自准直仪小型化、测角量程大和测角精度高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种量子关联自准直仪及测角方法，属于测量领域。
背景技术
经典自准直仪产品一般采用线阵或面阵列工业相机和成像透镜组实现对反射镜转角的测量，从而达到对器件平整度或准直度的测量和标定。目前，经典自准直仪应用过程中小型化、便携化主要受到其基本原理的限制。一方面透镜组焦距f越大，测角精度越高，但对应最大测角量程范围变小。另一方面，透镜组焦距f越大要求自准直仪的体积越大。因此，经典自准直仪的测角精度和测角量程、设计体积相互制约。高测角精度的经典自准直仪理论上已经无法做到兼顾小体积、大量程。另外，线阵或面阵探测器使得经典自准直仪成本高，造价昂贵。因此实现小体积、大量程、高精度、低成本的自准直仪必然考虑用新的理论和技术进行改进和提高。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有经典自准直仪体积大、测角量程范围与测角精度相互制约的不足，提出了一种量子关联自准直仪及测角方法，解决了自准直仪小型化、测角量程大和测角精度高的问题。
本发明的技术解决方案是：一种量子关联自准直仪，包括：光源发射单元、光源记录单元、量子自准直仪测量单元；
光源发射单元包括激光器(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第一透镜(4)、第二透镜(5)、控制单元(8)、步进电机(7)、毛玻璃(6)和第一光阑(9)；
光源记录单元包括：变焦镜头(10)、工业相机(11)和图像采集与存储单元(12)；
量子自准直仪测量单元包括：50：50分束器(13)、第三透镜(14)、第三反射镜(15)、第二光阑(16)、光电探测器(17)、数据采集卡(18)、数据处理与显示模块(19)；
第一反射镜(2)、第二反射镜(3)成90度布置，第一透镜(4)、第二透镜(5)和第三透镜(14)、第一光阑(9)分别垂直于同一光轴，且在同一光轴上，第一透镜(4)和第二透镜(5)的距离为第一透镜(4)和第二透镜(5)的焦距之和；第三透镜(14)与毛玻璃(6)的距离等于第三透镜(14)的焦距；第二光阑(16)和毛玻璃(6)相对于50：50分束器的分束面放置在对称位置；
激光器(1)连续发光束，该光束依次经过第一反射镜(2)、第二反射镜(3)反射后，经第二反射镜(3)反射后的光束再依次入射到第一透镜(4)和第二透镜(5)，形成平行光束出射至毛玻璃(6)，毛玻璃(6)由步进电机(7)带动，控制单元(8)控制步进电机步进，即控制单元(8)发射TTL电脉冲给步进电机，每个TTL电脉冲使得步进电机(7)带动毛玻璃(6)旋转或平移固定步长，经过毛玻璃(6)的平行光束形成散射的激光散斑场，调节第一光阑(9)的孔径，限制散射的激光散斑场的视场大小后，散射的激光散斑场被变焦镜头(10)成像至工业相机(11)的感光面，形成散射的激光散斑场图像，变焦镜头(10)能够将散射的激光散斑场放大和缩小一定的倍数；毛玻璃(6)由起始位置每转动或平移一次的同时，控制单元(8)发射一个TTL电脉冲送至工业相机(11)的(11a)触发接口，工业相机(11)拍摄并记录一次散射的激光散斑场；
工业相机(11)将多次拍摄的散射的激光散斑场图像，即激光散斑场的图像矩阵，以数字信号格式发送至图像采集与存储单元(12)储存；
每一次TTL电脉冲，毛玻璃(6)由起始位置转动或平移一次，则经过毛玻璃(6)的散射的激光散斑场变化一次，然后送至50：50分束器(13)的第一端口(13a)进行分光形成透射光束和反射光束，透射光束从分束器(13)的第二端口(13c)出射，反射光束从分束器(13)的反射端口(13d)反射，将反射光束舍弃，将50：50分束器(13)分光得到的透射光束入射至第三透镜(14)后，形成平行光束照射到第三反射镜(15)，由第三反射镜(15)反射的光束再次入射至第三透镜(14)恢复成汇聚光束，再次经过50：50分束器(13)的第二端口(13c)进行分光得到透射光束和反射光束，反射光束从端口(13b)射出，透射光束将从分束器(13)第一端口(13a)出射，舍弃第一端口(13a)透射光束，第三透镜(14)恢复成汇聚光束进行分光得到的从第二端口(13b)射出的反射光束进入第二光阑(16)，第二光阑(16)透过的光束送至光电探测器(17)，光电探测器(17)将光信号转化成电信号，送至数据采集卡(18)，数据采集卡(18)将模拟电信号转化为数字信号送至数据处理与显示模块(19)，数据处理与显示模块(19)按存储顺序调用图像采集与存储单元(12)储存的激光散斑场的图像矩阵，每一激光散斑场的图像矩阵与每一个光电探测器(17)探测到的信号分别进行强度关联运算，并将关联运算结果进行显示，得到关联后的图像和该图像上的一个斑点坐标。
一种量子关联自准直仪的测角方法，包含步骤如下：
1)激光器(1)连续发光束，该光束依次经过第一反射镜(2)、第二反射镜(3)反射后，再依次入射到第一透镜(4)和第二透镜(5)，形成平行光束出射至毛玻璃(6)；
2)毛玻璃(6)由步进电机(7)带动，步进电机(7)受控制单元(8)控制，即控制单元发射TTL电脉冲给步进电机(7)，每个TTL电脉冲使得电动机带动毛玻璃(6)旋转或平移固定步长，毛玻璃(6)由起始位置转动或平移一次，散射的激光散斑场由经过毛玻璃(6)的平行光束形成，调节第一光阑(9)的孔径，限制散射的激光散斑场的视场大小后，散射的激光散斑场被变焦镜头(10)成像至工业相机(11)的感光面，形成散射的激光散斑场图像，变焦镜头能够将散射的激光散斑场放大和缩小一定的倍数ω，ω称为量子放缩系数；控制单元(8)发射一次TTL电脉冲至工业相机(11)的(11a)触发接口，工业相机(11)记录一次散射的激光散斑场；
3)工业相机(11)将多次拍摄的散射的激光散斑场图像，即激光散斑场的图像矩阵，以数字信号格式发送至图像采集与存储单元(12)储存；
4)毛玻璃(6)由起始位置每收到一次TTL电脉冲，转动或平移一次，则经过毛玻璃的散射的激光散斑场变化一次后，通过50：50分束器(13)的(13a)端口，透射光束从分束器(13)的端口(13c)出射，反射光束从分束器(13)的反射端口(13d)反射，将反射光束舍弃，将端口(13c)的透射光束入射至第三透镜(14)，形成平行光束照射到第三反射镜(15)；
5)由第三反射镜(15)反射的光束再次入射至第三透镜(14)恢复成汇聚光束，再次经过50：50分束器(13)的端口(13c)反射至端口(13b)，投射光束将从分束器(13)端口(13a)出射，舍弃端口(13a)透射光束，从端口(13b)反射的光束进入第二光阑(16)，第二光阑(16)透过的光束送至光电探测器(17)；
6)光电探测器(17)将光信号转化成电信号，送至数据采集卡(18)，数据采集卡(18)将模拟电信号转化为数字信号送至数据处理与显示模块(19)，数据处理与显示模块(19)按存储顺序调用图像采集与存储单元(12)储存的激光散斑场的图像矩阵，每一激光散斑场的图像矩阵与每一个光电探测器(17)探测到的信号分别进行强度关联运算，并将关联运算结果进行显示，得到关联后的图像和该图像上的一个最亮斑点的坐标。
7)移动第三反射镜(15)，使第三反射镜(15)与光轴形成锐角，重复步骤5)和6)，再次得到关联后的新图像和该新图像上的一个最亮斑点的坐标，读出该斑点的坐标值；
8)将步骤6)和步骤7)分别得到的最亮斑点的横纵坐标相减，得到相减后的坐标(Δx，Δy)，利用经典自准直仪公式和量子自准直仪的量子放缩系数ω值，经典自准直仪公式为和式中，f为第三透镜(14)的焦距，以及利用量子自准直仪公式，α＝α'ω和β＝β'ω，式中α'和β'分别为经典自准直仪测角公式的测量值，可得到第三反射镜(15)相对于光轴的转角坐标(α，β)，Δx为横坐标的差值，Δy为纵坐标的差值，α为第三反射镜(15)相对于光轴的横向转角，β为第三反射镜(15)相对于光轴的纵向转角。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的方法步骤2)到步骤8)通过使用变焦透镜(10)和工业相机(11)记录光源，使用采集与存储单元(12)记录光源，使用光电探测器(17)相比传统方法在角度测量时必须使用面阵探测器方案很大程度上可降低自准直仪的成本和体积。
(2)本发明的方法中步骤2)通过使用变焦透镜(10)和工业相机(11)记录光源，使用变焦透镜(10)采集与存储放大或缩小ω倍的光源图像矩阵，利用量子关联算法恢复第三反射镜(15)的转角引起的亮斑偏离，利用方法中的步骤8)求解偏离转角。根据利用量子自准直仪公式，α＝α'ω和β＝β'ω，式中α'和β'分别为经典自准直仪测角公式的测量值。量子自准直仪的测角精度和量程范围受量子放缩系数ω影响，理论值是经典自准直仪精度的ω倍，而量子放缩因子ω特点是可以调节的参数。因此量子自准直仪具有高精度、大量程的特点。
(3)本发明的方法步骤6)中的量子关联运算，相比于经典自准直仪直接成像的方法，量子关联运算可一定程度上消除大气湍流影响，系统鲁棒性强，应用范围可更广。
(4)本发明的方法使用了光电探测器(17)，光电探测器(17)技术成熟度高，可做到单光子水平的探测，故量子自准直仪灵敏度更高，测量距离可更远。
附图说明
图1的(a)为本发明光源发射单元示意框图,(b)为本发明光源发射单元工作原理图；
图2的(a)为本发明光源记录单元示意框图，(b)为本发明光源记录单元工作原理图；
图3的(a)为本发明量子自准直仪测量单元示意框图，(b)为本发明量子自准直仪测量单元和工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明公开一种量子关联自准直仪，如图1的(a)和(b)、图2的(a)和(b)，图(3)的(a)和(b)所示,包括：光源发射单元、光源记录单元、量子自准直仪测量单元；
光源发射单元包括激光器1、第一反射镜2、第二反射镜3、第一透镜4、第二透镜5、控制单元8、步进电机7，毛玻璃6和第一光阑9；
光源记录单元包括：变焦镜头10、工业相机11和图像采集与存储单元12；
量子自准直仪测量单元包括：50：50分束器13、第三透镜14、第三反射镜15、第二光阑16、光电探测器17、数据采集卡18、数据处理与显示模块19；
第一反射镜2、第二反射镜3成90度布置，第一透镜4、第二透镜5和第三透镜14、第一光阑9分别垂直于同一光轴，且在同一光轴上，第一透镜4和第二透镜5的距离为第一透镜4和第二透镜5的焦距之和；第三透镜14与毛玻璃6的距离等于第三透镜14的焦距；第二光阑16和毛玻璃6相对于50：50分束器的分束面放置在对称位置；
如图1的(a)和(b)所示，激光器1连续发光束，该光束依次经过第一反射镜2、第二反射镜3反射后，经第二反射镜3反射后的光束与激光器1连续发出的光束平行且反向，经第二反射镜3反射后的光束再依次入射到第一透镜4和第二透镜5，形成平行光束出射至毛玻璃6，毛玻璃6由步进电机7带动，控制单元8控制步进电机步进，即控制单元8发射TTL电脉冲给步进电机，每个TTL电脉冲使得步进电机7带动毛玻璃6旋转或平移固定步长，经过毛玻璃6的平行光束形成散射的激光散斑场，调节第一光阑9的孔径，限制散射的激光散斑场的视场大小后，散射的激光散斑场被变焦镜头10成像至工业相机11的感光面，形成散射的激光散斑场图像，变焦镜头10能够将散射的激光散斑场放大和缩小一定的倍数；毛玻璃6由起始位置每转动或平移一次的同时，控制单元8发射一个TTL电脉冲送至工业相机11的11a触发接口，工业相机11拍摄并记录一次散射的激光散斑场；如图2的(a)和(b)所示。
工业相机(11)将多次拍摄的散射的激光散斑场图像，即激光散斑场的图像矩阵，以数字信号格式发送至图像采集与存储单元12储存；
如图3的(a)和(b)所示，每一次TTL电脉冲，毛玻璃6由起始位置转动或平移一次，则经过毛玻璃6的散射的激光散斑场变化一次，然后送至50：50分束器13的第一端口13a进行分光形成透射光束和反射光束，透射光束从分束器13的第二端口13c出射，反射光束从分束器13的反射端口13d反射，将反射光束舍弃，将50：50分束器13分光得到的透射光束入射至第三透镜14后，形成平行光束照射到第三反射镜15，由第三反射镜15反射的光束再次入射至第三透镜14恢复成汇聚光束，再次经过50：50分束器13的第二端口13c进行分光得到透射光束和反射光束，反射光束从端口(13b)射出，透射光束将从分束器13第一端口13a出射，舍弃第一端口13a透射光束，第三透镜14恢复成汇聚光束进行分光得到的从第二端口13b射出的反射光束进入第二光阑16，第二光阑16透过的光束送至光电探测器17，光电探测器17将光信号转化成电信号，送至数据采集卡18，数据采集卡18将模拟电信号转化为数字信号送至数据处理与显示模块19，数据处理与显示模块19按存储顺序调用图像采集与存储单元12储存的激光散斑场的图像矩阵，每一激光散斑场的图像矩阵与每一个光电探测器17探测到的信号分别进行强度关联运算，并将关联运算结果进行显示，得到关联后的图像和该图像上的一个斑点坐标。
一种量子关联自准直仪的测角方法，包含步骤如下：
1、如图1所示，发射单元工作如下：
1)激光器1连续发光束，该光束依次经过第一反射镜2、第二反射镜3反射后，再依次入射到第一透镜4和第二透镜5，形成平行光束出射至毛玻璃6；
2)毛玻璃6由步进电机7带动，步进电机7受控制单元8控制，即控制单元8发射TTL电脉冲给步进电机7，每个TTL电脉冲使得电动机带动毛玻璃6旋转或平移固定步长，例如旋转1度，毛玻璃6由起始位置转动一次，形成一张特定的散射的激光散斑场；
3)调节第一光阑9的孔径，限制步骤2)产生的这张特定的散射的激光散斑场的视场大小；
2、如图2所示，光源记录单元示工作如下：
4)经第一光阑9限制后的特定散射的激光散斑场被变焦镜头10成像至工业相机11的感光面，形成散射的激光散斑场图像，变焦镜头能够将散射的激光散斑场放大和缩小一定的倍数ω，ω称为量子放缩系数；
5)控制单元(8)发射一次TTL电脉冲至工业相机11的11a触发接口，工业相机11记录一次这张特定的散射的激光散斑场，图像被放大(或缩小)倍数ω；
6)重复步骤2)和步骤5)，例如600次，步进电机7可平移10次，每次平移后旋转步进60次，控制单元8发射TTL电脉冲共600次，工业相机(11)将拍摄600次；
7)工业相机(11)将多次拍摄的散射的激光散斑场图像，即激光散斑场的图像矩阵，以数字信号格式发送至图像采集与存储单元(12)储存，标记为{ω}Hi到图像采集与存储单元(12)进行存储，下标i＝1，2，3，…M，M为测量次数，例如M＝600，ω称为量子放缩系数；
8)调节变焦镜头10，例如放大8倍，并将毛玻璃6设置于初始位置，重复步骤6)得到散射的激光散斑场放大8倍的图像，标记为{8}Hi，下标i＝1，2，3，…M，M为测量次数，例如M＝600，8为量子放缩系数，变焦镜头10的使用将使得量子自准直仪测角精度成倍数提高，此例为精度提高8倍。
9)重复步骤7)和8)可以得到任意量子放缩系数ω的散射的激光散斑场及M张按时间顺序存储的散射的激光散斑场图像矩阵，并以不同名称存储于采集与存储单元12，即集合{(ω)H1，(ω)H2，(ω)H3，…，(ω)HM}；。
3、如图3所示，光源记录单元示工作如下：
10)毛玻璃6通过调节步进电机7恢复至初始位置，控制单元8发射一次TTL电脉冲至步进电机7，经第一光阑9限制后的散射的激光散斑场发生一次变化，变化的特定散射的激光散斑场通过50：50分束器13的13a端口，透射光束从分束器13的端口13c出射，反射光束从分束器13的反射端口13d反射，将反射光束舍弃，将端口13c的透射光束入射至焦距f的第三透镜14，形成平行光束照射到第三反射镜15；
11)第三反射镜15反射的光束再次入射至第三透镜14，并恢复成汇聚光束，再次经过50：50分束器13的端口13c反射至端口13b，投射光束将从分束器13端口13a出射，舍弃端口13a透射光束，从端口13b反射的光束进入第二光阑16，第二光阑尺寸小于10微米，第二光阑16透过的光束送至光电探测器17，光电探测器17可以是APD或单光子探测器，用来提高灵敏度；
12)光电探测器17连续不断地将光信号转化成电信号并输送到数据采集卡18，数据采集卡18按控制单元8的控制指令读取相应信号，控制单元8每发射一次TTL电脉冲至数据采集卡18，数据采集卡18采集并将模拟电信号转化为数字信号送至数据处理与显示模块19一次，TTL电脉冲保证了这一时刻采集到散射的激光散斑场与毛玻璃6位置一一对应的信号；
13)数据处理与显示模块19按存储顺序调用图像采集与存储单元12储存的激光散斑场的图像矩阵，每一激光散斑场的图像矩阵与每一个光电探测器17探测到的一个信号B1；
14)重复步骤10)11)12)13)M次，数据采集卡18将得到信号强度序列集合{B1，B2，B3，…，BM}并输出至数据处理与显示模块19；
15)数据处理与显示模块19调用采集与存储单元12存储的测量集合{(ω)H1，(ω)H2，(ω)H3，…，(ω)HM}和信号强度序列集合{B1，B2，B3，…，BM}并进行关联运算，即得到{B1*(ω)H1，B2*(ω)H2，B3*(ω)H3，…，BM*(ω)HM}，大量的关联运算可以消除和平均掉大气扰动的影响；
16)利用数据处理与显示模块19中的数据处理模块的算法，减除直流背景，实现方法为Q(M)＝ΣM i＝1Bi*(ω)Hi-ΣM i＝1(Bi)*ΣM i＝1 (ω)Hi，定义符号Q(M)为测量M次减除背景的量子关联结果对应的输出图像矩阵，最后对Q(M)进行标准的图像归一化处理后得到关联后的图像和该图像上的一个最亮斑点的坐标。
17)转动第三反射镜15转角α，重复测量步骤11)到16)得到关联后的新图像和该新图像上的一个最亮斑点的坐标。
18)将步骤16)和步骤17)分别得到的最亮斑点的横纵坐标利用数据处理与显示模块19中处理模块进行对应相减，得到相减后的坐标(Δx，Δy)；
19)按经典自准直仪公式和的对应算法，式中f为第三透镜14的焦距，利用量子自准直仪公式，α＝α'ω和β＝β'ω，式中α'和β'分别为经典自准直仪测角公式的测量值，可得到第三反射镜15相对于光轴的转角坐标(α，β)，Δx为横坐标的差值，Δy为纵坐标的差值，α为第三反射镜15相对于光轴的横向转角，β为第三反射镜15相对于光轴的纵向转角。利用数据处理与显示模块19中显示模块对转角坐标(α，β)值进行显示。
20)只需调用不同的量子放缩系数ω对应的光源图像存储矩阵，例如缩小2倍量子放缩系数ω＝0.5，重复步骤15)、16)、18)和19)，量子自准直仪可以得到比经典自准直仪测角量程大2倍的范围；若调用量子放缩系数ω＝8的对应的光源图像存储矩阵，重复步骤15)、16)、18)和19)，则得到比经典自准直仪测角精度大8倍精度；从而同时保证了高精度、大量程。同时量子自准直仪所有有关性能的操作都集成于软件当中，节省了体积。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.一种量子关联自准直仪，其特征在于包括：光源发射单元、光源记录单元、量子自准直仪测量单元；
光源发射单元包括激光器(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第一透镜(4)、第二透镜(5)、控制单元(8)、步进电机(7)、毛玻璃(6)和第一光阑(9)；
光源记录单元包括：变焦镜头(10)、工业相机(11)和图像采集与存储单元(12)；
量子自准直仪测量单元包括：50：50分束器(13)、第三透镜(14)、第三反射镜(15)、第二光阑(16)、光电探测器(17)、数据采集卡(18)、数据处理与显示模块(19)；
第一反射镜(2)、第二反射镜(3)成90度布置，第一透镜(4)、第二透镜(5)和第三透镜(14)、第一光阑(9)分别垂直于同一光轴，且在同一光轴上，第一透镜(4)和第二透镜(5)的距离为第一透镜(4)和第二透镜(5)的焦距之和；第三透镜(14)与毛玻璃(6)的距离等于第三透镜(14)的焦距；第二光阑(16)和毛玻璃(6)相对于50：50分束器的分束面放置在对称位置；
激光器(1)连续发光束，该光束依次经过第一反射镜(2)、第二反射镜(3)反射后，经第二反射镜(3)反射后的光束再依次入射到第一透镜(4)和第二透镜(5)，形成平行光束出射至毛玻璃(6)，毛玻璃(6)由步进电机(7)带动，控制单元(8)控制步进电机步进，控制单元(8)发射TTL电脉冲给步进电机，每个TTL电脉冲使得步进电机(7)带动毛玻璃(6)旋转或平移固定步长，经过毛玻璃(6)的平行光束形成散射的激光散斑场，调节第一光阑(9)的孔径，限制散射的激光散斑场的视场大小后，散射的激光散斑场被变焦镜头(10)成像至工业相机(11)的感光面，形成散射的激光散斑场图像，变焦镜头(10)能够将散射的激光散斑场放大和缩小一定的倍数；毛玻璃(6)由起始位置每转动或平移一次的同时，控制单元(8)发射一个TTL电脉冲送至工业相机(11)的(11a)触发接口，工业相机(11)拍摄并记录一次散射的激光散斑场；
工业相机(11)将多次拍摄的散射的激光散斑场图像，以数字信号格式发送至图像采集与存储单元(12)储存；
每一次TTL电脉冲，毛玻璃(6)由起始位置转动或平移一次，则经过毛玻璃(6)的散射的激光散斑场变化一次，然后送至50：50分束器(13)的第一端口(13a)进行分光形成透射光束和反射光束，透射光束从分束器(13)的第二端口(13c)出射，反射光束从分束器(13)的反射端口1(13d)反射，将反射光束舍弃，将50：50分束器(13)分光得到的透射光束入射至第三透镜(14)后，形成平行光束照射到第三反射镜(15)，由第三反射镜(15)反射的光束再次入射至第三透镜(14)恢复成汇聚光束，再次经过50：50分束器(13)的第二端口(13c)进行分光得到透射光束和反射光束，反射光束从反射端口2(13b)射出，透射光束将从分束器(13)第一端口(13a)出射，舍弃第一端口(13a)透射光束，第三透镜(14)恢复成汇聚光束进行分光得到的从反射端口2(13b)射出的反射光束进入第二光阑(16)，第二光阑(16)透过的光束送至光电探测器(17)，光电探测器(17)将光信号转化成电信号，送至数据采集卡(18)，数据采集卡(18)将模拟电信号转化为数字信号送至数据处理与显示模块(19)，数据处理与显示模块(19)按存储顺序调用图像采集与存储单元(12)储存的激光散斑场的图像矩阵，每一激光散斑场的图像矩阵与每一个光电探测器(17)探测到的信号分别进行强度关联运算，并将关联运算结果进行显示，得到关联后的图像和该图像上的一个斑点坐标。
2.一种量子关联自准直仪的测角方法，其特征在于包含步骤如下：
(1)激光器(1)连续发光束，该光束依次经过第一反射镜(2)、第二反射镜(3)反射后，再依次入射到第一透镜(4)和第二透镜(5)，形成平行光束出射至毛玻璃(6)；
(2)毛玻璃(6)由步进电机(7)带动，步进电机(7)受控制单元(8)控制，控制单元发射TTL电脉冲给步进电机(7)，每个TTL电脉冲使得电动机带动毛玻璃(6)旋转或平移固定步长，毛玻璃(6)由起始位置转动或平移一次，散射的激光散斑场由经过毛玻璃(6)的平行光束形成，调节第一光阑(9)的孔径，限制散射的激光散斑场的视场大小后，散射的激光散斑场被变焦镜头(10)成像至工业相机(11)的感光面，形成散射的激光散斑场图像，变焦镜头能够将散射的激光散斑场放大和缩小一定的倍数ω，ω称为量子放缩系数；控制单元(8)发射一次TTL电脉冲至工业相机(11)的(11a)触发接口，工业相机(11)记录一次散射的激光散斑场；
(3)工业相机(11)将多次拍摄的散射的激光散斑场图像，以数字信号格式发送至图像采集与存储单元(12)储存；
(4)毛玻璃(6)由起始位置每收到一次TTL电脉冲，转动或平移一次，则经过毛玻璃的散射的激光散斑场变化一次后，通过50：50分束器(13)的第一端口(13a)，透射光束从分束器(13)的第二端口(13c)出射，反射光束从分束器(13)的反射端口1(13d)反射，将反射光束舍弃，将第二端口(13c)的透射光束入射至第三透镜(14)，形成平行光束照射到第三反射镜(15)；
(5)由第三反射镜(15)反射的光束再次入射至第三透镜(14)恢复成汇聚光束，再次经过50：50分束器(13)的第二端口(13c)反射至反射端口2(13b)，投射光束将从分束器(13)第一端口(13a)出射，舍弃第一端口(13a)透射光束，从反射端口2(13b)反射的光束进入第二光阑(16)，第二光阑(16)透过的光束送至光电探测器(17)；
(6)光电探测器(17)将光信号转化成电信号，送至数据采集卡(18)，数据采集卡(18)将模拟电信号转化为数字信号送至数据处理与显示模块(19)，数据处理与显示模块(19)按存储顺序调用图像采集与存储单元(12)储存的激光散斑场的图像矩阵，每一激光散斑场的图像矩阵与每一个光电探测器(17)探测到的信号分别进行强度关联运算，并将关联运算结果进行显示，得到关联后的图像和该图像上的一个最亮斑点的坐标；
(7)移动第三反射镜(15)，使第三反射镜(15)与光轴形成锐角，重复步骤5)和6)，再次得到关联后的新图像和该新图像上的一个最亮斑点的坐标，读出该斑点的坐标值；
(8)将步骤6)和步骤7)分别得到的斑点的横纵坐标相减，得到相减后的坐标(Δx，Δy)，利用经典自准直仪公式和量子自准直仪的量子放缩系数ω得到第三反射镜(15)相对于光轴的转角坐标(α，β)，Δx为横坐标的差值，Δy为纵坐标的差值，α为第三反射镜(15)相对于光轴的横向转角，β为第三反射镜(15)相对于光轴的纵向转角。
3.根据权利要求2所述的一种量子关联自准直仪的测角方法，其特征在于：所述步骤(8)的经典自准直仪公式为和式中，f为第三透镜(14)的焦距，α'和β'分别为经典自准直仪测角公式的测量值。
4.根据权利要求3所述的一种量子关联自准直仪的测角方法，其特征在于：所述步骤(8)的量子自准直仪公式为α＝α'ω和β＝β'ω，式中α'和β'分别为经典自准直仪测角公式的测量值。
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Citations (3)
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Non-Patent Citations (2)
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| 关联光学新进展;汪凯戈等;《物理》;20080430;第37卷(第4期);第223-232页 * |
| 强度涨落在热光鬼成像中的作用;刘雪峰等;《物理学报》;20130930;第62卷(第18期);第184205-1-7页 * |
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