CN105334027B - Led照明的高精度多光谱集成靶标及配套的光学检测方法 - Google Patents

Led照明的高精度多光谱集成靶标及配套的光学检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种LED照明的高精度多光谱集成靶标及配套的光学检测方法。所述多光谱集成靶标包括多光谱集成靶板、电流可控LED光源和准直系统;多光谱集成靶板安装在准直系统的焦平面处,电流可控LED光源用于为多光谱集成靶板提供红外及白微光照明;准直系统是经像差优化、公差容限分析及热设计的卡塞格林准直系统;多光谱集成靶板上集成了十字分划线以及四种不同的分辨率检测图案。本发明将多光谱集成靶板与电流可控LED光源结合,克服了一靶专用中需要频繁更换、反复调校靶板及光源的问题,采用经过像差优化和热设计的卡塞格林准直系统,优化了成像质量,减小了系统的体积质量,并使系统有较大的公差容限和较高的温度适应性。

Description

LED照明的高精度多光谱集成靶标及配套的光学检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及多光轴平行性检测及分辨率检测,具体地说是一种LED照明的高精度 多光谱集成靶标及配套的光学检测方法。
背景技术
[0002] 目前,光电设备逐渐向多光谱、集成化方向发展,在一台设备中通常集成有白光、 微光以及红外等多种探测手段。这类设备在使用过程中,需要进行多光谱光轴平行性检校 和分辨率检测。针对多光谱光轴平行性检测,现有方式中通过十字分划线来测定,既可以通 过分别照明产生十字分划线,也可以利用白炽灯照明再分别更换白微光红外靶板生成,无 论哪种情况都极易产生光轴失调,影响检测精度。若还要进行白微光与红外光的分辨率检 测,则需要更换、校准靶板,导致操作繁琐,工作效率低。而且,白炽灯照明时微照度及红外 目标与背景温差难以控制,更重要的是更换靶板时会引入离焦等误差因子,并使造价高不 便于推广使用。
发明内容
[0003] 本发明的目的之一就是提供一种LED照明的高精度多光谱集成靶标,该集成靶标 能够用于白微光与红外多光轴平行性检测以及分辨率检测。
[0004] 本发明的目的之二就是提供一种利用LED照明的高精度多光谱集成靶标的光学检 测方法,该方法无需更换靶板,只需采用可控光源就能同时产生白微光和红外十字分划线, 且还能产生分辨率检测图样,可实现对多光谱的平行性及分辨率检测。
[0005] 本发明的目的之一是这样实现的:一种LED照明的高精度多光谱集成靶标,包括多 光谱集成靶板、电流可控LED光源和卡塞格林准直系统;所述多光谱集成靶板安装在所述卡 塞格林准直系统的焦平面处,所述电流可控LED光源用于为所述多光谱集成靶板提供红外 及白微光照明;
[0006] 所述卡塞格林准直系统包括镜筒及设置在所述镜筒内的主镜和次镜;
[0007] 所述多光谱集成靶板包括圆形靶板,在所述圆形靶板上刻有十字分划线,所述十 字分划线的中心位于所述圆形靶板的中心,所述十字分划线将所述圆形靶板分为四个象 限;在圆形靶板的四个象限内分别刻有不同的分辨率检测图案;
[0008] 第一象限内的分辨率检测图案由四组线条构成,每一组中有四根等间距的线条; 四组线条中,第一组线条均为竖线条,该组位于左上角;第二组线条均为横线条,该组位于 右下角;第三组线条与第一组线条呈45°夹角,该组位于左下角;第四组线条与第一组线条 呈45°夹角,且与第三组线条垂直,该组位于右上角;
[0009] 第二象限内的分辨率检测图案与第一象限内的分辨率检测图案相同,但两者的分 辨率不同;
[0010] 第三象限内的分辨率检测图案是由四根等间距、宽高比为1:7的竖线条形成的四 杆靶图案;
[0011] 第四象限内的分辨率检测图案由左右两组线条构成,每一组中有三根等间距的线 条;左侧组中是竖线条,右侧组中是横线条。
[0012] 所述十字分划线的线条长度为22mm,宽度为0.5mm;第一象限内的分辨率检测图案 中的线条宽度为〇.16mm;第二象限内的分辨率检测图案中的线条宽度为0.08mm;第三象限 内的分辨率检测图案中的线条宽度为0.25mm,高度为1.75mm;第四象限内的分辨率检测图 案中的线条宽度为Imm0
[0013] 所述圆形靶板是在基底上镀铬而形成,所述基底为硫化锌晶体;所述圆形靶板的 直径为30mm,厚度为5_。
[0014] 所述卡塞格林准直系统中的镜筒采用硬钢制成,所述卡塞格林准直系统中的主镜 和次镜均采用微晶玻璃制成。
[0015] 所述塞格林准直系统的系统焦距为IOOOmm,主次镜间距为132.603mm,次镜与像面 间距为319 · 380mm,主镜conic系数为-0 · 687,次镜conic系数为-0 · 1715。
[0016] 本发明的目的之二是这样实现的:一种利用LED照明的高精度多光谱集成靶标的 光学检测方法,包括如下步骤:
[0017] 1)、布设如权利要求1所述的LED照明的高精度多光谱集成靶标;
[0018] 2)、采用LED照明的高精度多光谱集成靶标对待测设备进行分辨率检测或对多光 谱光轴进行平行性检测;
[0019] 对待测设备进行分辨率检测包括以下三种情况:
[0020] ①、对红外热像仪进行最小可分辨温差检测;
[0021] 打开电流可控LED光源,使电流可控LED光源因热辐射发出的红外光透过多光谱集 成靶板,并经卡塞格林准直系统后入射至红外热像仪;
[0022] 由两个温度传感器分别检测多光谱集成靶板上第三象限内四杆靶图案中心及边 缘的温度;
[0023] 调整电流可控LED光源的电流由低至高逐渐升高,待人眼通过红外热像仪能够清 晰观察到四杆靶图案图像时,停止对电流可控LED光源的电流进行调整,记录此时两个温度 传感器所测温度,两个温度传感器所测温度之差即为红外热像仪的最小可分辨温差;
[0024] ②、对可见光设备进行角分辨率检测;
[0025] 打开电流可控LED光源,使电流可控LED光源所发的可见光透过多光谱集成靶板, 并经卡塞格林准直系统后入射至可见光设备;
[0026] 调节电流可控LED光源的电流至额定电流,人眼通过可见光设备观察多光谱集成 靶板上第一象限和第二象限的分辨率检测图案;通过观察分辨率检测图案的清晰与否,来 确定可见光设备的角分辨率;
[0027] ③、对微光夜视仪进行角分辨率检测;
[0028] 使微光夜视仪正对多光谱集成靶标,人眼观察多光谱集成靶板上第四象限的分辨 率检测图案,同时调节电流可控LED光源的电流由零逐渐增大,直至能够观察到第四象限的 分辨率检测图案;通过判断第四象限内图案能否被清晰观察,即可确定微光夜视仪的角分 辨率;
[0029] 对多光谱光轴进行平行性检测包括以下步骤:
[0030] a、打开电流可控LED光源并调整其电流,使电流可控LED光源所发的可见光及由于 热辐射发出的红外光透过多光谱集成靶板,并经卡塞格林准直系统后出射出去;
[0031] b、通过第一待测设备观察多光谱集成靶板;调整第一待测设备使其光轴中心与多 光谱集成靶板图像十字分划线中心重合,将第一待测设备光轴作为基准光轴;
[0032] c、检测其它待测设备光轴与基准光轴之间的偏差角,即可实现对多光谱光轴平行 性的检测。
[0033] 步骤c中检测其它待测设备光轴与基准光轴之间的偏差角具体是:通过待测设备 观察多光谱集成靶板,并用CCD采集通过该待测设备所观察到的图像,在图像中分别找出待 测设备本身十字分划线和多光谱集成靶板十字分划线;在多光谱集成靶板十字分划线中找 出中心点(XQ,yo),在待测设备十字分划线中找出中心点(X,y)及每密位对应像素值k;再根 据公式
Figure CN105334027BD00061
,即可求得该待测设备的光轴与基准光轴之间的偏差角。
[0034] 找出图像中十字分划线中心点的具体步骤为:
[0035] 利用Hough变换原理,在采集到的图像中寻找最长的两条直线段,并计算其中某条 直行段相对水平方向或垂直方向的偏转角度α ;将图像旋转角度α,使两条直行段分别处于 水平方向和垂直方向;之后利用能量累积方法,分别求图像中两条直行段上的灰度累积极 值,所得极值点即为十字分划线的中心点。
[0036] 步骤①中,由两个温度传感器分别检测多光谱集成靶板上第三象限内四杆靶图案 中心及边缘的温度,具体是:
[0037] 两个温度传感器分别为第一温度传感器和第二温度传感器;以电流可控LED光源 为原点(〇,〇)建立坐标系,多光谱集成靶板的中心位于坐标系的X轴上,且多光谱集成靶板 的中心坐标为(55,0),多光谱集成靶板上四杆靶图案的中心坐标为(55,4.09);
[0038] 第一温度传感器所在位置坐标为(23.32,50),第一温度传感器用于检测多光谱集 成靶板上四杆靶图案边缘的温度;第二温度传感器所在位置坐标为(37.94,40),第二温度 传感器用于检测多光谱集成靶板上四杆靶图案中心的温度。
[0039] 本发明将多光谱集成靶板、电流可控LED光源以及经过像差优化、公差容限分析及 热设计的卡塞格林准直系统有机结合,实现了野外检测中多光谱光轴平行性检测及分辨率 检测图样的在线生成。相比于已有的多光谱检测系统,本发明将多光谱集成靶板与电流可 控LED光源结合,克服了一靶专用中需要频繁更换、反复调校靶板及光源的问题,减少了误 差因子;采用经过像差优化和热设计的卡塞格林准直系统,优化了成像质量,减小了系统的 体积质量,并使系统有较大的公差容限和较高的温度适应性;使用有限元分析的方法确定 了 LED光源和温度传感器的最佳安装位置,在不影响四杆靶图案成像的前提下实现了对其 的均匀照明,并能够对四杆靶图案(四杆靶图案的温度可看做四杆靶图案中心的温度)与靶 板(靶板温度可看做四杆靶图案边缘的温度)温差进行实时监测与精确调节。
附图说明
[0040] 图1是本发明中LED照明的高精度多光谱集成靶标的结构示意图。
[0041] 图2是本发明中多光谱集成靶板的结构示意图。
[0042] 图3是利用本发明中多光谱集成靶标检测红外热像仪的最小可分辨温差的结构示 意图。
[0043] 图4是本发明中LED光源及两个温度传感器的安装位置结构示意图。
[0044] 图5是利用本发明中多光谱集成靶标检测激光测距机和红外热像仪光轴平行性的 结构示意图。
具体实施方式
[0045] 实施例1: 一种LED照明的高精度多光谱集成靶标。
[0046] 如图1所示,本发明所提供的LED照明的高精度多光谱集成靶标包括多光谱集成靶 板2、电流可控LED光源1和卡塞格林准直系统3。卡塞格林准直系统3包括镜筒4、主镜5和次 镜6;主镜5和次镜6均为反射镜。多光谱集成靶板2安装在卡塞格林准直系统3的焦平面(或 称像面)处;电流可控LED光源1是一种通过控制电流大小调节发热及发光强度的LED光源, 电流可控LED光源1用于为多光谱集成靶板2提供红外及白微光照明。
[0047] 卡塞格林准直系统3是经像差优化、公差容限分析及热设计的卡塞格林准直系统。 卡塞格林准直系统3应用了卡塞格林的结构,具有结构紧凑、镜筒较短的优点,能够满足质 量小、体积小、方便携运的需求。
[0048] 像差优化是在标准卡塞格林结构的基础上,使用光学设计软件,利用软件缺省优 化函数,并添加EFFL、MNCA、MNXA、⑶VA和MTFA等五个操作数,这五个操作数中,EFFL用于控 制系统焦距,MNCA用于控制主次镜间距,MNXA用于控制次镜与像面间距,COVA用于控制主次 镜conic系数,MTFA用于控制MTF曲线;通过将主次镜距离、次镜和像面距离、主镜和次镜的 conic系数以及四次项和六次项非球面系数设置为变量,进行优化。经过像差优化,卡塞格 林准直系统焦距为1000mm,长度小于460mm,质量小于3.5Kg,主次镜间距为-132.603mm (主 次镜间距为负值,这是在光学设计中的一种表示方式,表示光线向回反射),次镜与像面间 距为319.380mm,主次镜的conic系数分别为-0.687和-0.1715。此时准直系统零视场下弥散 斑接近艾里斑,轴外视场弥散斑也大幅缩小,系统MTF在0.707视场接近0.3,大大优化了卡 塞格林准直系统的性能。
[0049] 公差容限分析是对卡塞格林准直系统中主次镜间距及主镜与焦平面间距对成像 质量影响的分析。使用宏程序,调整卡塞格林准直系统中主次镜间距及主镜与焦平面的间 距,计算对应公差下的弥散斑大小。经过公差容限分析,对于±0.05mm范围内的间距变化 量,中心视场弥散斑半径不会大于9μπι。因此本发明中卡塞格林准直系统具有较大的公差容 限,可大大降低装配成本及难度。
[0050] 本发明中热设计采用了光学被动式消热差方法。通过建立热差分析模型,确定消 热差情况下镜筒材料与反射镜(包括主镜和次镜)材料热膨胀系数的关系,最终选择硬钢作 为镜筒材料,微晶玻璃作为反射镜材料,很好地消除了卡塞格林准直传统的热差。使用有限 元分析方法仿真分析,并将高温与低温情况下的系统模型输入到光学设计软件,进行热设 计保证了准直系统在_40°C到50°C之间均能有较好的成像质量。经上述设计后的卡塞格林 准直系统具有很好的温度适应性,而且使用光学被动式消热差方法减小了系统体积、质量, 减少了机械电子器件的使用,使其结构简单、成本低,而又使系统具有良好的稳定性。
[0051] 如图2所示,多光谱集成靶板包括圆形靶板,本实施例中圆形靶板是采用硫化锌晶 体为基底材料,通过向基底材料镀络而形成;圆形革E板的直径为30_,厚度为5_。在圆形革巴 板上通过光刻工艺制成了十字分划线,十字分划线的中心位于圆形靶板的中心,十字分划 线将圆形革G板分为四个象限。十字分划线中线条的长度为22mm,宽度d为0.5_。在圆形革巴板 的每一象限内通过光刻工艺制成了不同的分辨率(或称分辨力)检测图案,分别为:在圆形 靶板的第一象限内刻有第一分辨率检测图案,在其第二象限内刻有第二分辨率检测图案, 在其第三象限内刻有第三分辨率检测图案,在其第四象限内刻有第四分辨率检测图案。将 十字分划线看做坐标轴的话,四个象限内的分辨率检测图案距坐标轴的最近距离均相等, 均为4mm。
[0052] 第一分辨率检测图案是国标分辨力板A型图案的第一单元,具体是:第一分辨率检 测图案由四组线条构成,每一组中有四根等间距的线条;四组线条中,第一组线条均为竖线 条,该组位于左上角;第二组线条均为竖线条,该组位于右下角;第三组线条与第一组线条 呈45°夹角,且第三组线条相当于第一组线条顺时针旋转45°而成,该组位于左下角;第四组 线条与第一组线条呈45°夹角,且与第三组线条垂直,该组位于右上角。第一分辨率检测图 案中的线条宽度为〇.16mm,线条长度为1.2mm,相邻两线条的间距为0.16mm。第二分辨率检 测图案是国标分辨力板A型图案的第十三单元,即第二分辨率检测图案与第一分辨率检测 图案的形状完全一样,只是两者的分辨率不同。第二分辨率检测图案中的线条宽度为 0.08mm,线条长度为1.2mm,相邻两线条的间距为0.08mm。第一分辨率检测图案和第二分辨 率检测图案均用于检测可见光的角分辨率。
[0053] 第三分辨率检测图案是由四根等间距、宽高比为1:7的竖线条形成的四杆靶图案, 其用于检测红外热像仪的温差分辨率(MRTD,即最小可分辨温差)。第三分辨率检测图案中 的线条宽度a为0.25mm,高度h为1.75mm,相邻两线条的间距为0.25mm。
[0054] 第四分辨率检测图案由左右两组线条构成,每一组中有三根等间距的线条;左侧 组中是竖线条,右侧组中是横线条。第四分辨率检测图案用于检测微光夜视仪的角分辨率。 第四分辨率检测图案中线条的宽度为1mm,长度为5mm,相邻两线条的间距为Imm0
[0055] 本发明中圆形靶板的基底采用硫化锌晶体,这是由于硫化锌晶体在全光谱范围具 有较高的透过性,解决了在多光谱光轴平行性检测中,为生成不同类型的十字分划线需要 更换靶板的问题,减少了误差因素的引入;分布在圆形靶板四个象限的分辨率检测图案,满 足了可见光、微光及红外分辨力检测的需求。因此,本发明中的多光谱集成靶板实现了可见 光、微光与红外十字分划线以及分辨力检测图案的集成,使操作过程简单并减小了因操作 带来的误差。
[0056] 实施例2: —种利用LED照明的高精度多光谱集成靶标的光学检测方法。
[0057] 本发明中LED照明的高精度多光谱集成靶标可以用来对待测设备进行分辨率检 测,也可以用来对多光谱光轴进行平行性检测。下面对利用LED照明的高精度多光谱集成靶 标的光学检测方法进行详细说明。
[0058] 采用图1中的LED照明的高精度多光谱集成靶标对待测设备进行分辨率检测可以 包括以下几种情况:对红外热像仪进行最小可分辨温差(MRTD)检测;对可见光设备进行角 分辨率检测;对微光夜视仪进行角分辨率检测;对集成有红外和白微光的照明设备进行角 分辨率和最小可分辨温差的检测等。下面对这几种情况进行逐一介绍。
[0059] ①、对红外热像仪进行最小可分辨温差(MRTD)检测。
[0060] 如图3所示,打开电流可控LED光源1 (可简称LED光源),使电流可控LED光源1因热 辐射发出的红外光透过多光谱集成靶板2,并经卡塞格林准直系统3后入射至红外热像仪7, 人眼通过红外热像仪7观察多光谱集成靶板上第三象限内的四杆靶图案所成的图像。
[0061] 人眼观察四杆靶图案图像的过程中,调整电流可控LED光源1的电流由低至高逐渐 升高,待人眼能够清晰地观察到四杆靶图案图像时,停止对电流可控LED光源1的电流进行 调整,此时记录下多光谱集成靶板上第三象限内的四杆靶图案中心以及边缘的温度,两个 温度之差即是红外热像仪7的最小可分辨温差。
[0062] 本发明中采用两个温度传感器来分别实时监测多光谱集成靶板上第三象限内四 杆靶图案中心及边缘的温度。四杆靶图案中心的温度可看做四杆靶图案的温度,即目标温 度,四杆靶图案边缘的温度可看做靶板温度,即背景温度。
[0063] 电流可控LED光源1为多光谱集成靶板2提供白微光照明及等效黑体的目标与背景 温差。为了生成温差均匀的四杆靶图案图像并实现对温差的实时监测,需要确定LED光源及 两个温度传感器的安装位置。利用LED光源的红外辐射对四杆靶图案进行照明,利用两个温 度传感器分别监测四杆靶图案中心与边缘的温度,通过调节LED工作电流实现对温差的精 确控制,同时不影响四杆靶图案图像的质量。为了实现以上目的,对LED光源外部温度场进 行分析。考虑到LED光源线度远小于镜筒半径及其与靶板的距离,在分析中将电流可控LED 光源作为点热源处理。LED光源温度场在一个较小的区域内近似为球形分布,任一点温度T 与其到LED光源的距离J的平方成反比例关系,S卩。如图4所示,在LED光源、靶板十字分划中 心以及四杆靶图案中心这三个点确立的平面上,以LED光源为原点(0,0)建立坐标系,多光 谱集成靶板的安装位置(即中心点位置)为(55,0),多光谱集成靶板上四杆靶图案的中心位 置为(55,4.09)。用于对靶板温度进行检测的第一温度传感器安装在位置A (23.32,50)处, 第一温度传感器距LED光源的距离与四杆靶图案边缘距LED光源的距离相等;用于对四杆靶 图案温度进行检测的第二温度传感器安装在位置B (37.97,40)处,第二温度传感器距LED光 源的距离与四杆靶图案中心距LED光源的距离相等。
[0064] ②、对可见光设备进行角分辨率检测。
[0065] 在需要对可见光设备进行角分辨率检测时,只需将图3中的红外热像仪替换为可 见光设备即可。具体检测步骤为:打开电流可控LED光源,使电流可控LED光源所发的可见光 透过多光谱集成靶板,并经卡塞格林准直系统后入射至待测可见光设备;调节LED光源至额 定电流,人眼通过待测可见光设备观察多光谱集成靶板上第一象限和第二象限的分辨率检 测图案。如果能够清晰的分辨第二象限的图案,则待测可见光设备角分辨率优于〇.16mrad; 如果能够清晰的分辨第一象限的图案,但不能清晰分辨第二象限的图案,则待测可见光设 备分辨率优于0 · 32mrad,但未达到0 · 16mrad;如果不能够清晰的分辨第一象限的图案,则说 明待测可见光设备的角分辨率低于〇. 32mrad,角分辨率较差。
[0066] ③、对微光夜视仪进行角分辨率检测。
[0067] 在需要对微光夜视仪进行角分辨率检测时,只需将图3中的红外热像仪替换为微 光夜视仪即可。具体检测步骤为:使待测微光夜视仪正对多光谱集成靶标,人眼观察多光谱 集成靶板上第四象限的分辨率检测图案,同时调节LED光源的通过电流由零逐渐增大,直至 能够观察到第四象限的分辨率检测图案。通过判断第四象限内图案能否清晰观察,即可判 断微光夜视仪分辨率优于2mrad还是低于2mrad。
[0068] ④、对集成有红外和白微光的照明设备进行角分辨率和温差分辨率的检测。
[0069] 若现有照明设备中集成了红外、可见光和微光,对该照明设备进行分辨率的检测, 只需使该待测设备替换图3中的红外热像仪,然后按照上述步骤可实现对红外光的最小可 分辨温差检测以及实现对可见光及微光的角分辨率检测。
[0070] 若还有其他的待测设备需要检测角分辨率或最小可分辨温差,只需按照上面所述 步骤即可实现。
[0071] 本发明中利用LED照明的高精度多光谱集成靶标对多光谱光轴进行平行性检测包 括以下步骤:
[0072] 如图5所示,本实施例中以检测激光测距机8和红外热像仪7的光轴平行性为例进 行说明,具体如下:
[0073] a、打开电流可控LED光源1并调整其电流,使电流可控LED光源1所发的可见光及由 于热辐射发出的红外光透过多光谱集成靶板2,并经卡塞格林准直系统3后出射出去。
[0074] b、考虑到卡塞格林准直系统3的口径较小,采用斜方棱镜11将由卡塞格林准直系 统3出射的光轴进行平移,使平移后的一束光入射红外热像仪7,未平移的一束光直接入射 激光测距机8。在激光测距机8的望远镜目镜后放置CCD9,(XD9中心与激光测距机8的望远镜 中心对准,CCD9与带图像采集卡的计算机10相连接。
[0075] c、通过红外热像仪7观察多光谱集成靶板的图像;调整红外热像仪7使其光轴中心 与多光谱集成靶板的图像中心重合;将红外热像仪7的光轴作为基准光轴;
[0076] d、检测激光测距机8的光轴与基准光轴之间的偏差角,即可实现对激光测距机8和 红外热像仪7光轴的平行性进行检测。
[0077] 检测激光测距机8的光轴与基准光轴之间的偏差角具体是:通过激光测距机8观察 多光谱集成靶板,并用CCD9采集通过激光测距机8所观察到的图像,在图像中分别找出激光 测距机8本身十字分划线和多光谱集成靶板的十字分划线;在多光谱集成靶板的十字分划 线中找出中心点坐标(XQ,y〇),在激光测距机8本身十字分划线中找出中心点坐标(X,y)及每 密位对应像素值k;再根据公式
Figure CN105334027BD00101
即可求得激光测距机8的光轴与基 准光轴之间的偏差角。
[0078] 寻找图像中十字分划线中心坐标的具体步骤是:利用Hough变换原理,在采集到的 十字分划线图像中寻找最长的两条直线段,并计算其中某条直行段相对水平方向或垂直方 向的偏转角度α;将图像旋转角度α,使两条直行段分别处于水平方向和垂直方向;之后利用 能量累积方法,分别求图像中两条直行段上的灰度累积极值,所得极值点的横纵坐标即为 十字分划线的中心坐标。
[0079] 若还需要对其他待测设备的光轴进行平行性的检测,只需再增加斜方棱镜,使由 卡塞格林准直系统出射的光入射待测设备,然后检测待测设备光轴与基准光轴之间的偏差 角,从而可实现对多光谱光轴的平行性进行检测。

Claims (4)

1. 一种利用LED照明的高精度多光谱集成靶标的光学检测方法,其特征是,包括如下步 骤: 1) 、布设LED照明的高精度多光谱集成靶标; LED照明的高精度多光谱集成靶标包括多光谱集成靶板、电流可控LED光源和卡塞格林 准直系统;所述多光谱集成靶板安装在所述卡塞格林准直系统的焦平面处,所述电流可控 LED光源用于为所述多光谱集成靶板提供红外及白微光照明; 所述卡塞格林准直系统包括镜筒及设置在所述镜筒内的主镜和次镜; 所述多光谱集成靶板包括圆形靶板,在所述圆形靶板上刻有十字分划线,所述十字分 划线的中心位于所述圆形靶板的中心,所述十字分划线将所述圆形靶板分为四个象限;在 圆形靶板的四个象限内分别刻有不同的分辨率检测图案; 第一象限内的分辨率检测图案由四组线条构成,每一组中有四根等间距的线条;四组 线条中,第一组线条均为竖线条,该组位于左上角;第二组线条均为横线条,该组位于右下 角;第三组线条与第一组线条呈45°夹角,该组位于左下角;第四组线条与第一组线条呈45° 夹角,且与第三组线条垂直,该组位于右上角; 第二象限内的分辨率检测图案与第一象限内的分辨率检测图案相同,但两者的分辨率 不同; 第三象限内的分辨率检测图案是由四根等间距、宽高比为1:7的竖线条形成的四杆靶 图案; 第四象限内的分辨率检测图案由左右两组线条构成,每一组中有三根等间距的线条; 左侧组中是竖线条,右侧组中是横线条; 2) 、采用LED照明的高精度多光谱集成靶标对待测设备进行分辨率检测或对多光谱光 轴进行平行性检测; 对待测设备进行分辨率检测包括以下三种情况: ① 、对红外热像仪进行最小可分辨温差检测; 打开电流可控LED光源,使电流可控LED光源因热辐射发出的红外光透过多光谱集成靶 板,并经卡塞格林准直系统后入射至红外热像仪; 由两个温度传感器分别检测多光谱集成靶板上第三象限内四杆靶图案中心及边缘的 温度; 调整电流可控LED光源的电流由低至高逐渐升高,待人眼通过红外热像仪能够清晰观 察到四杆靶图案图像时,停止对电流可控LED光源的电流进行调整,记录此时两个温度传感 器所测温度,两个温度传感器所测温度之差即为红外热像仪的最小可分辨温差; ② 、对可见光设备进行角分辨率检测; 打开电流可控LED光源,使电流可控LED光源所发的可见光透过多光谱集成靶板,并经 卡塞格林准直系统后入射至可见光设备; 调节电流可控LED光源的电流至额定电流,人眼通过可见光设备观察多光谱集成靶板 上第一象限和第二象限的分辨率检测图案;通过观察分辨率检测图案的清晰与否,来确定 可见光设备的角分辨率; ③ 、对微光夜视仪进行角分辨率检测; 使微光夜视仪正对多光谱集成靶标,人眼观察多光谱集成靶板上第四象限的分辨率检 测图案,同时调节电流可控LED光源的电流由零逐渐增大,直至能够观察到第四象限的分辨 率检测图案;通过判断第四象限内图案能否被清晰观察,即可确定微光夜视仪的角分辨率; 对多光谱光轴进行平行性检测包括以下步骤: a、 打开电流可控LED光源并调整其电流,使电流可控LED光源所发的可见光及由于热辐 射发出的红外光透过多光谱集成靶板,并经卡塞格林准直系统后出射出去; b、 通过第一待测设备观察多光谱集成靶板;调整第一待测设备使其光轴中心与多光谱 集成靶板图像十字分划线中心重合,将第一待测设备光轴作为基准光轴; c、 检测其它待测设备光轴与基准光轴之间的偏差角,即可实现对多光谱光轴平行性的 检测。
2. 根据权利要求1所述的利用LED照明的高精度多光谱集成靶标的光学检测方法,其特 征是,步骤c中检测其它待测设备光轴与基准光轴之间的偏差角具体是:通过该待测设备观 察多光谱集成靶板,并用CCD采集通过该待测设备所观察到的图像,在图像中分别找出该待 测设备本身十字分划线和多光谱集成靶板十字分划线;在多光谱集成靶板十字分划线中找 出中心点(XQ,yo),在该待测设备十字分划线中找出中心点(X,y)及每密位对应像素值k;再 根据公另
Figure CN105334027BC00031
,即可求得该待测设备的光轴与基准光轴之间的偏差角。
3. 根据权利要求2所述的利用LED照明的高精度多光谱集成靶标的光学检测方法,其特 征是,找出图像中十字分划线中心点的具体步骤为: 利用Hough变换原理,在采集到的图像中寻找最长的两条直线段,并计算其中某条直线 段相对水平方向或垂直方向的偏转角度α;将图像旋转角度α,使两条直线段分别处于水平 方向和垂直方向;之后利用能量累积方法,分别求图像中两条直线段上的灰度累积极值,所 得极值点即为十字分划线的中心点。
4. 根据权利要求1所述的利用LED照明的高精度多光谱集成靶标的光学检测方法,其特 征是,步骤①中,由两个温度传感器分别检测多光谱集成靶板上第三象限内四杆靶图案中 心及边缘的温度,具体是: 两个温度传感器分别为第一温度传感器和第二温度传感器;以电流可控LED光源为原 点(0,0)建立坐标系,多光谱集成靶板的中心位于坐标系的X轴上,且多光谱集成靶板的中 心坐标为(55,0),多光谱集成靶板上四杆靶图案的中心坐标为(55,4.09); 第一温度传感器所在位置坐标为(23.32,50),第一温度传感器用于检测多光谱集成靶 板上四杆靶图案边缘的温度;第二温度传感器所在位置坐标为(37.94,40),第二温度传感 器用于检测多光谱集成靶板上四杆靶图案中心的温度。
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