CN105865749B - 一种分划板可自旋的景物模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学测试技术领域，具体涉及一种分划板可自旋的景物模拟器。该模拟器和现有的模拟器一样，均包括物镜组件、分划板、光源、像质补偿镜和机械支撑结构；其改进之处是：还包括安装在机械支撑结构外部用于提供分划板旋转的电机；所述分划板上划分有多个景物图像区，多个景物图像区分别用于模拟被测相机的不同参数；所述参数包括传函值、信噪比、畸变值以及对比度。通过使用本发明在不需要更换分划板的情况下，能够实现被测相机不同参数的测试。

Description

一种分划板可自旋的景物模拟器

技术领域

本发明属于光学测试技术领域，涉及一种对星载/机载成像/监视相机对有限远目标或无穷远目标成像质量的检测设备，具体涉及一种分划板可自旋的景物模拟器。

背景技术

景物模拟器是一种在地面上模拟测试目标，以便对被测相机的识别算法、成像质量进行功能和性能测试的检测设备。

相机景物模拟器是星载或机载控制分系统地面测试设备的组成部分，用于地面测试中对被测相机的功能和性能的测试。景物模拟器以刻划于光学分划板上的景物目标或采用电子器件(如TFT-LCD、LCOS、DMD等)的动态目标，模拟目标所透出的光线经光学系统准直后，可模拟来自无穷远处的景物，产生较大空间较大尺度的静态/动态模拟景物图，作为被测相机的观测目标，在实验室条件下产生类似真空目标的观测效果，以供其完成目标识别、姿态确定、极性检查等任务。

随着航天和航空技术水品的发展，目前星载或机载光学仪器已经不仅仅对无穷远目标进行监视成像，如嫦娥三号卫星中的全景相机的成像距离为5m至无穷远，而对于机载监视相机的成像距离现在也提出了超近距离成像的要求(如舱内监视等)，因此，对于具有超近距离至无穷远成像的相机，就必须对其近距离目标的成像能力、中远距离目标的成像能力和对无穷远目标的成像能力进行全面测试，才能准确的评价相机的成像性能是否满足使用要求。

对于上述提到的对相机的近距离目标和无穷远目标成像能力的评价，目前国际上统一的评价方式就是采用景物模拟器来模拟近距离或无穷远目标，被测相机对景物模拟器模拟的不同距离的场景图像进行成像采集，然后对相机进行性能指标评价。

目前，国内外通用的无穷远景物模拟器为平行光管，通过在光学系统焦平面上安装静态分划板或者动态目标模拟器模拟无穷远目标，对被测相机进行成像质量测试与评价；而对于有限远目标的模拟，方法有两种，第一种是通过对平行光管焦面上安装的目标板进行离焦，来模拟有限远的景物目标，第二种是定制有限远的景物模拟器。

中国专利，申请号为201610083082X，专利名称为一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器系统公开了一种技术方案解决了同时模拟近距离和无穷远目标对被测相机进行成像质量测试与评价；该模拟器包括物镜组件、分划板、光源、测微头和机械支撑结构，其主要特点是增加了像质补偿镜；

该景物模拟器的具体结构如图2所示：物镜组件1、像质补偿镜2、分划板3、光源4设置在机械支撑结构6内部；像质补偿镜2设置在物镜组件1的焦平面前；分划板3设置在物镜组件1的焦平面上；光源4设置在分划板3的正后方；其中，像质补偿镜2和分划板3的相对位置不变，通过微测头5可调整像质补偿镜2与物镜组件1之间的间距。该景物模拟器的工作原理是：通过安装在机械支撑结构上的光源照亮分划板，分划板上刻有特定的景物图像。从分划板上输出的光束首先经过像质补偿镜后再经过物镜组件出射，物镜组件将分划板成像到无穷远位置，像质补偿镜的作用是补偿物镜组件在模拟不同物距景物目标时产生的剩余像差；通过微测头调整像质补偿镜与物镜组件之间的间距，从而实现不同物距景物目标的模拟功能。

但是对于该景物模拟器的缺陷是，即要测试被测相机不同参数时(传函、信噪比、畸变等)需要更换对应的分划板，这使得仪器成本升高、测试过程复杂，甚至会出现因需更换分划板而关闭整个设备的情况。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种在不需要更换分划板的情况下，能够实现被测相机不同参数测试的分划板可自旋的景物模拟器。

本发明的技术解决方案是：

本发明提供了一种分划板可自旋的景物模拟器，包括物镜组件、分划板、光源、像质补偿镜和机械支撑结构；

物镜组件、像质补偿镜、分划板、光源均设置在机械支撑结构内部；像质补偿镜设置在物镜组件的焦平面前；分划板设置在物镜组件的焦平面上；光源设置在分划板的正后方；其中，像质补偿镜和分划板的相对位置不变，像质补偿镜与物镜组件之间的间距可调节；

其改进之处是：还包括安装在机械支撑结构外部用于提供分划板旋转的电机；所述分划板上划分有多个景物图像区，多个景物图像区分别用于模拟被测相机的不同参数；所述参数为被测相机的成像质量。

进一步的说，机械支撑结构包括第一筒体、第二筒体以及第三筒体；所述第二筒体一端套装第一筒体，另一端套装第三筒体；所述第一筒体相对第二筒体只能沿轴向滑动；第三筒体相对第二筒体只能作旋转运动；第一筒体内安装物镜组件；第二筒体内安装像质补偿镜；第三筒体内安装分划板和光源；所述电机的输出轴与第三筒体外壁连接用于驱动第三筒体旋转。

为了增加电机安装后的稳定性，该模拟器还包括多个连接臂，多个连接臂呈倒U字形，多个连接臂的一端与第二筒体的端面固连，另一端悬空用于安装电机，电机的输出轴与第三筒体端面固连。

具体的说，该模拟器还包括安装在第一筒体和第二筒体之间的用于调节像质补偿镜与物镜组件之间间距的测微头以及消除间隙的弹簧。

由于结构的特殊要求，该模拟器用于提供光源能量的装置为安装在电机输出轴上的导电滑环。

上述参数包括传函值、信噪比、畸变值以及对比度

上述光源为一个均匀面光源。

光学和机械结构的设计充分考虑了系统轻量化，上述第一筒体、第二筒体以及第三筒体均采用镁铝合金制成。

上述电机为步进电机。

本发明的优点是：

1、本发明通过在一片分划板上分块刻画多个不同景物图像，可实现在一次测试中得到被测相机在各不同区域的不同结果，之后通过分划板的旋转，便可得到被测相机整个视场内的多种测试结果，省去了制作多个分划板及更换分划板的繁琐，避免了因更换分划板而关闭整个设备的情况出现。

2、本发明提供了通过在焦面组件前增加像质补偿镜，实现了0.5m至无穷远景物目标的模拟功能，解决了传统景物模拟只能模拟100倍焦距至无穷远物距景物模拟的缺点。

3、本发明的机械支撑结构设计充分考虑了系统轻量化，第一筒体、第二筒体以及第三筒体均使用轻质镁铝合金，整个系统的重量仅为200g。

附图说明

图1为背景技术中大视场超大动态范围物距的景物模拟器的结构示意图。

图2是本发明所景物模拟器光路图；

图3是本发明景物模拟器系统结构示意图；

图4、5是本发明景物模拟器系统轴测示意图。

具体实施方式

参见图3、4、5，本发明提供了一种分划板可自旋的景物模拟器，包括物镜组件1、分划板3、光源4、像质补偿镜2和机械支撑结构6；

物镜组件1、像质补偿镜2、分划板3、光源4均设置在机械支撑结构5内部；像质补偿镜2设置在物镜组件1的焦平面前；分划板3设置在物镜组件1的焦平面上；光源4设置在分划板3的正后方；其中，像质补偿镜2和分划板3的相对位置不变，像质补偿镜2与物镜组件1之间的间距可调节；上述基本结构可以模拟0.5m至无穷远距离的景物目标，其物距模拟精度可以达到1％；

根据几何光学高斯公式，可以得出系统模拟不同距离l景物目标时，景物模拟器焦面组件的离焦量x为：

式中：x为景物模拟器焦面组件的离焦，单位：mm；

f为景物模拟的焦距，单位：mm；

l为景物模拟器需要模拟的景物距离，单位：mm。

但是实际工作中仅仅是可以模拟0.5m至无穷远距离的景物目标不够的，由于被测相机拥有不同参数，这样就需要关掉设备来更换分划板，因此本发明的主要改进就是，该景物模拟器还包括安装在机械支撑结构5外部用于提供分划板3旋转的电机7(电机通常采用步进电机，可以很容易的控制分划板的旋转角度)；分划板3上划分有多个景物图像区，多个景物图像区分别用于模拟被测相机的不同参数；参数实际为被测相机的成像质量，具体说，参数包括传函值、信噪比、畸变值以及对比度等。

通过这样的设计可实现在一次测试中得到被测相机在各不同区域的不同结果，之后通过分划板的旋转，便可得到被测相机整个视场内的多种测试结果，省去了制作多个分划板及更换分划板的繁琐，避免了因更换分划板而关闭整个设备的情况出现。

进一步的说，本发明中机械支撑结构5包括第一筒体8、第二筒体9以及第三筒体10；所述第二筒体9一端套装第一筒体8，另一端套装第三筒体10；所述第一筒体8相对第二筒体9只能沿轴向滑动(从而调节像质补偿镜和物镜组件之间的距离)；第三筒体10相对第二筒体9只能作旋转运动(第三筒体旋转，第一筒体和第二筒体不能旋转)；第一筒体8内安装物镜组件1；第二筒体9内安装像质补偿镜2；第三筒体10内安装分划板3和光源4；所电机7的输出轴与第三筒体10外壁连接用于驱动第三筒体旋转。

这样的设计可以有效的保证物镜组件和像质补偿镜之间距离调节的同时，第三筒体可旋转，从而带动分划板和光源旋转，实现不停机的测试不同参数的目的。

需要补充解释说明的是：物镜组件为正光焦度，物镜组件用来将焦平面上安装的分划板成像到有限远或者无穷远位置。

像质补偿镜为负光焦度，设置在物镜组件焦面的前方，用来补偿整个景物模拟器在模拟不同距离景物时物镜组件产生的像差。

上述光源为一个均匀面光源。

为了增加电机安装后的稳定性，该模拟器还包括多个连接臂11，多个连接臂11呈倒U字形，多个连接臂11的一端与第二筒体9的端面固连，另一端悬空用于安装电机7，电机7的输出轴与第三筒体10端面固连。

具体的说，该模拟器还包括安装在第一筒体8和第二筒体9之间的用于调节像质补偿镜与物镜组件之间间距的测微头5以及消除间隙的弹簧12。

由于结构的特殊要求，该模拟器用于提供光源能量的装置为安装在电机输出轴上的导电滑环13。需要补充说明的是：导电滑环的一半连接在可自旋的光源上，一半连接在固定不动的电机法兰上。

光学和机械结构的设计充分考虑了系统轻量化，本发明的第一筒体、第二筒体和第三筒体采用镁铝合金制成，整个系统的重量仅为200g。

本发明提供的一种大视场超大动态范围物距且分划板可自旋的景物模拟器系统的实现原理是：

通过安装在机械支撑结构5上的光源4照亮分划板3，分划板3上刻有多种特定的景物图像；从分划板3上输出的光束首先经过像质补偿镜组件2后再经过物镜组件1出射，物镜组件1将分划板3成像到无穷远位置，像质补偿镜2的作用是补偿物镜系统1在模拟不同物距景物目标时产生的剩余像差；测微头5安装在第一筒体8和第二筒体9的外壁上，用来调整像质补偿镜2与物镜组件1的间距，从而实现不同物距景物目标的模拟功能；弹簧12也安装在系统外侧的机械结构上，用来限定测微头5的调节距离和消除系统间隙；导电滑环13设置在光源4和电机7之间，其为一对超薄导电滑环，一半连接在可自旋的光源4上，一半连接在固定不动的电机法兰上，用于为自旋的光源4提供电力；电机7通过多个连接臂11与第二筒体9上固定为一体，电机7的输出轴与第三筒体10固连用于提供分划板3及光源4自旋的转矩。

Claims (9)

1.一种分划板可自旋的景物模拟器，包括物镜组件、分划板、光源、像质补偿镜和机械支撑结构；

物镜组件、像质补偿镜、分划板、光源均设置在机械支撑结构内部；像质补偿镜设置在物镜组件的焦平面前；分划板设置在物镜组件的焦平面上；光源设置在分划板的正后方；其中，像质补偿镜和分划板的相对位置不变，像质补偿镜与物镜组件之间的间距可调节；

其特征在于：还包括安装在机械支撑结构外部用于提供分划板旋转的电机；所述分划板上划分有多个景物图像区，多个景物图像区分别用于模拟被测相机的不同参数；所述参数为被测相机的成像质量。

2.根据权利要求1所述的分划板可自旋的景物模拟器，其特征在于：所述机械支撑结构包括第一筒体、第二筒体以及第三筒体；所述第二筒体一端套装第一筒体，另一端套装第三筒体；所述第一筒体相对第二筒体只能沿轴向滑动；第三筒体相对第二筒体只能作旋转运动；第一筒体内安装物镜组件；第二筒体内安装像质补偿镜；第三筒体内安装分划板和光源；所述电机的输出轴与第三筒体外壁连接用于驱动第三筒体旋转。

3.根据权利要求2所述的分划板可自旋的景物模拟器，其特征在于：还包括多个连接臂，多个连接臂呈倒U字形，多个连接臂的一端与第二筒体的端面固连，另一端悬空用于安装电机，电机的输出轴与第三筒体端面固连。

4.根据权利要求3所述的分划板可自旋的景物模拟器，其特征在于：还包括安装在第一筒体和第二筒体之间的用于调节像质补偿镜与物镜组件之间间距的测微头以及消除间隙的弹簧。

5.根据权利要求4所述的分划板可自旋的景物模拟器，其特征在于：所述参数包括传函值、信噪比、畸变值以及对比度。

6.根据权利要求5所述的分划板可自旋的景物模拟器，其特征在于：还包括安装在电机和光源之间用于提供光源能量的导电滑环。

7.根据权利要求6所述的分划板可自旋的景物模拟器，其特征在于：所述光源为一个均匀面光源。

8.根据权利要求7所述的分划板可自旋的景物模拟器，其特征在于：所述第一筒体、第二筒体以及第三筒体均采用镁铝合金制成。

9.根据权利要求8所述的分划板可自旋的景物模拟器，其特征在于：所述电机为步进电机。