CN107632407B - 一种柱透镜成像系统的校准装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种柱透镜成像系统的校准装置，涉及成像设备领域，为解决机械校准方法的校准精确度低的问题而发明。主要方法包括：辅助圆透镜的一侧安装线阵相机；标定板设置在辅助圆透镜的另一侧，确定并点亮第一测试点和第二测试点；工控机检测线阵相机是否接收到第一圆透镜像点和第二圆透镜像点；调整架，用于调整并固定标定板与辅助圆透镜的相对位置；将辅助圆透镜更换为柱透镜；点亮所有LED点目标；线阵相机标记像点坐标；工控机读取线阵相机图像，计算并显示第一坐标差和第二坐标差；工控机判断第一坐标差与第二坐标差是否相同；若否，则校准器以柱透镜中心轴为旋转轴旋转柱透镜；若是，则锁定柱透镜。本申请主要应用于校准柱透镜成像系统。

Description

一种柱透镜成像系统的校准装置

技术领域

本申请涉及成像设备领域，尤其涉及一种柱透镜成像系统的校准装置。

背景技术

柱透镜成像系统主要包括柱透镜和光电传感器。柱透镜成像系统应用于高速点目标跟踪、测量等领域。柱透镜成像系统的采样频率可以达到50kHZ以上，比圆透镜面阵相机系统的采样频率高，能够满足军事领域对点目标的高速跟踪要求。使用柱透镜成像系统可对铁路轨道参数进行高速精确测量，实时测得轨道超平、正矢等参数变化。

如图1所示，柱透镜成像系统主要组成部件包括柱透镜和光电传感器。柱透镜成像系统中，柱透镜的光轴方向记为Z轴，柱透镜曲率方向的垂向为主方向，记为Y轴。柱透镜成像系统中的光电传感器一般采用线阵CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)或线阵CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体)传感器。光电传感器的传感元件排列方向记为X轴。Y轴方向与X轴方向的夹角为柱透镜主方向与线阵传感器的夹角。柱透镜和线阵传感器都有方向性，柱透镜主方向和线阵传感器方向的夹角对于测量计算有重要影响，需要对其垂直度进行精确的校准。

柱透镜成像系统，是一种非典型成像系统，其难点在于严格保证柱透镜主方向与线阵传感器方向垂直。在现有技术中，采用机械校准方法，以经纬仪对准柱透镜上角点和线阵传感器角点，逐渐调整柱透镜与线阵传感器的相对夹角，反复用经纬仪进行读数计算，达到两者垂直。由于柱透镜主方向不可见，并且柱透镜主方向与柱透镜角点并不完全一致，导致机械校准方法校准精度不高。并且调整过程需反复用经纬仪来回瞄准两个特征点并读数计算，校准过程较为困难繁琐。

发明内容

本申请提供了一种柱透镜成像系统的校准装置，以解决现有机械校准方法的校准精度低的问题。

本申请提供了一种柱透镜成像系统的校准装置，应用于包括线阵相机、柱透镜和成像的柱透镜成像系统，该装置包括：

辅助圆透镜的一侧安装所述线阵相机，所述辅助圆透镜的焦距与所述柱透镜的焦距相同；

标定板，与所述辅助圆透镜的光轴方向垂直，设置在所述辅助圆透镜的另一侧，并且与所述辅助圆透镜间隔为预置距离，所述标定板的LED点目标包括不共线的第一测试点、第二测试点和第三测试点，第三测试点到第二测试点的欧氏距离与第一测试点到第三测试点的欧氏距离相等，点亮所述第一测试点和第二测试点；

工控机，用于检测所述线阵相机是否接收到所述第一测试点的第一圆透镜像点和所述第二测试点的第二圆透镜像点；

调整架，用于调整所述标定板与所述辅助圆透镜的相对位置，如果所述线阵相机同时接收到所述第一像点和所述第二像点，固定所述标定板；

将所述辅助圆透镜更换为所述柱透镜；

点亮所述LED点目标中未点亮的第三测试点；

所述线阵相机，还用于标记所述LED点目标的像点坐标，所述像点坐标包括所述第一测试点的第一柱透镜像点坐标、所述第二测试点的第二柱透镜像点坐标和所述第三测试点的第三柱透镜像点坐标；

所述工控机，还用于读取线阵相机的像点坐标，计算并显示所述第一柱透镜像点坐标与所述第三柱透镜像点坐标的第一坐标差，以及所述第二柱透镜像点坐标与所述第三柱透镜像点坐标的第二坐标差；

所述工控机，还用于判断所述第一坐标差与所述第二坐标差是否相同；

如果判断结果为否，则校准器用于以所述柱透镜中心轴为旋转轴旋转所述柱透镜；

如果判断结果为是，则锁定部件用于锁定所述柱透镜。

进一步地，所述标定板包括：

与所述LED点目标连接的控制开关；

与所述控制开关连接的供电电源。

进一步地，所述控制开关为机械控制开关。

进一步地，所述控制开关为信号控制开关。

进一步地，所述调整所述标定板与所述辅助圆透镜的相对位置，包括：

在所述标定板所在平面上旋转所述标定板；和/或，

在与所述辅助圆透镜的光轴方向垂直方向平移所述标定板。

进一步地，所述工控机按照预置周期计算并显示所述第一坐标差，以及所述第二坐标差。

进一步地，所述校准器包括：电机和控制单元；

所述校准器用于以所述柱透镜中心轴旋转所述柱透镜，包括：

所述控制单元，用于获取所述第一坐标差和所述第二坐标差；

所述控制单元，还用于根据所述第一坐标差和所述第二坐标差，计算柱透镜的旋转角度和旋转方向；

所述控制单元，还用于根据所述旋转角度和旋转方向，生成旋转控制信号；

所述控制单元，还用于发送所述旋转控制信号；

所述电机，用于接收并执行所述旋转控制信号。

本申请提供的一种柱透镜成像系统的校准装置，通过使用辅助圆透镜，调整标定板，使得标定板上点亮的第一测试点和第二测试点，经过辅助圆透镜都能在线阵相机上成像，以保证第一测试点与第二测试点与线阵相机所在的直线平行，以确保对标定板上的第三测试点的能够作为标定特征点。工控机标记第一柱透镜镜像点坐标、第二柱透镜镜像点坐标和第三柱透镜点坐标，计算第一坐标差与第二坐标值，能够获取精确的柱透镜垂直度的判断依据。通过垂直度校准柱透镜，显示直观，调节方便准备。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种柱透镜成像系统的结构示意图；

图2为本申请提供的一种柱透镜成像系统的校准装置结构示意图；

图3为本申请提供的一种标定板的LED点目标的结构示意图；

图4为本申请提供的一种辅助圆透镜成像示意图；

图5为本申请提供的一种LED点目标的柱透镜成像示意图；

图6为本申请提供了一种像点坐标示意图；

图7为本申请提供了一种标定板的组成结构示意图。

附图说明：21-线阵相机，22-柱透镜，23-辅助圆透镜，24-工控机，25-标定板，26-调整架，27-校准器，28-锁定部件，3-LED点目标，31-第一测试点，32-第二测试点，33-第三测试点，41-第一圆透镜像点，42-第二圆透镜像点，51-第一柱透镜像点坐标，52-第二柱透镜像点坐标，53-第三柱透镜像点坐标，71-供电电源，72-控制开关。

具体实施方式

柱面镜是非球面透镜，可以有效减小球差和色差，具有一维放大功能。柱面镜主要应用于改变成像尺寸大小，例如把一个点光斑转换成一条线斑，或者在不改变像宽度的情况下改变像的高度。光学柱面镜在强激光系统和同步辐射光束线中也有着广泛的应用,同时,对柱面镜零件的要求也越来越高,尤其在大功率激光谐振腔的腔片和长距离线干涉仪等高精度测试仪器和装置中。

本申请提供了一种柱透镜成像系统的校准装置，应用于包括线阵相机21、柱透镜22和成像的柱透镜成像系统，该装置包括：

辅助圆透镜23的一侧安装所述线阵相机21，所述辅助圆透镜23的焦距与所述柱透镜22的焦距相同；

标定板25，与所述辅助圆透镜23的光轴方向垂直，设置在所述辅助圆透镜23的另一侧，并且与所述辅助圆透镜23间隔为预置距离，所述标定板25的LED点目标3包括不共线的第一测试点31、第二测试点32和第三测试点33，第三测试点33到第二测试点32的欧氏距离与第一测试点31到第三测试点33的欧氏距离相等，点亮所述第一测试点31和第二测试点32；

工控机24，用于检测所述线阵相机21是否接收到所述第一测试点31的第一圆透镜像点41和所述第二测试点32的第二圆透镜像点42；

调整架26，用于调整所述标定板25与所述辅助圆透镜23的相对位置，如果所述线阵相机21同时接收到所述第一像点和所述第二像点，固定所述标定板25；

将所述辅助圆透镜23更换为所述柱透镜22；

点亮所述LED点目标3中未点亮的第三测试点33；

所述线阵相机21，还用于标记所述LED点目标3的像点坐标，所述像点坐标包括所述第一测试点31的第一柱透镜像点坐标51、所述第二测试点32的第二柱透镜像点坐标52和所述第三测试点33的第三柱透镜像点坐标53；

所述工控机24，还用于读取所述线阵相机21的所示像点坐标，计算并显示所述第一柱透镜像点坐标51与所述第三柱透镜像点坐标53的第一坐标差，以及所述第二柱透镜像点坐标52与所述第三柱透镜像点坐标53的第二坐标差；

所述工控机24，还用于判断所述第一坐标差与所述第二坐标差是否相同；

如果判断结果为否，则校准器27用于以所述柱透镜22中心轴为旋转轴旋转所述柱透镜22；

如果判断结果为是，则锁定部件28用于锁定所述柱透镜22。

参见图2，为本申请提供的一种柱透镜成像系统的校准装置结构示意图。如图2所示，该装置包括线阵相机21、柱透镜22/辅助圆透镜23、工控机24、标定板25、调整架26、校准器27和锁定部件28。以下对校准过程进行详细阐述。

如图1所示，在柱透镜成像系统中柱透镜22与线阵相机21的位置关系。在校准柱透镜成像系统时，选取辅助圆透镜23，辅助圆透镜23放置在原柱透镜位置。辅助圆透镜23的焦距与柱透镜22的焦距相同，以确保相同位置的物点，经过辅助圆透镜23或柱透镜22后，在线阵相机21上的像点位置相同。标定板25，其作用在于提供物点，也就是标点板上的LED点目标3。LED点目标3包括共面不共线的第一测试点31、第二测试点32和第三测试点33。为了保证LED点目标3共面，将第一测试点31、第二测试点32和第三测试点33安装在一个平面的板面上，为了便于固定以及调整标定板25，优选矩形平面作为标定板25的板面。参见图3，为本申请提供的一种标定板的LED点目标的结构示意图，其中，第三测试点33到第二测试点32的欧氏距离与第一测试点31到第三测试点33的欧氏距离相等，以第一测试点31、第二测试点32和第三测试点33为顶点，能够构成一个等腰三角形。以辅助圆透镜23作为成像透镜时，点亮第一测试点31和第二测试点32，第一测试点31和第二测试点32相当等腰三角形的两个等长边对应的顶点。需要说明的是，第一测试点31与第二测试点32的条件属性相同，本申请中的“第一”、“第二”是为了区分不同的测试点。

第一测试点31经过辅助圆透镜23后，能够在线阵相机21上呈现第一圆透镜像点41。第二测试点32经过辅助圆透镜23后，能够在线阵相机21上呈现第二圆透镜像点42。工控机24接收线阵相机21的成像位置信号，检测线阵相机21是否同时接收到第一圆透镜像点41和第二圆透镜像点42。标定板25设置于调整架26上，通过调整架26能够调整标定板25和辅助圆透镜23的相对位置。如果工控机24没有检测到线阵相机21同时接收到第一圆透镜像点41和第二圆透镜像点42，则调整标定板25与辅助圆透镜23的相对位置。参见图4，为本申请提供的一种辅助圆透镜23成像示意图。如果工控机24检测到线阵相机21同时接收到第一圆透镜像点41和第二圆透镜像点42，则固定标定板25。

在固定标定板25后，将辅助圆透镜23更换为柱透镜22，开始校准柱透镜成像系统。点亮在辅助圆透镜23成像中未点亮的第三测试点33，以第三测试点33作为特征标定点。参见图5，为本申请提供的一种LED点目标的柱透镜成像示意图，LED点目标3经过柱透镜22成像，在像平面上成像为一条直线条纹，直线条纹与线阵传感器的交点坐标为像点坐标。工控机24标记LED点目标3的像点坐标，包括第一测试点31的第一柱透镜像点坐标51、第二测试点32的第二柱透镜像点坐标52和第三测试点33的第三柱透镜像点坐标53。

工控机24计算并显示第一柱透镜像点坐标51与第三柱透镜像点坐标53的第一坐标差，以及第二柱透镜像点坐标52与第三柱透镜像点坐标53的第二坐标差。参见图6，为本申请提供了一种像点坐标示意图，包括像点坐标的位置、第一坐标差和第二坐标差。工控机24判断第一坐标差与第二坐标差是否相同，如果不相同，则校准器27以柱透镜22中心轴为旋转轴旋转柱透镜22；如果相同，则锁定部件28锁定柱透镜22，完成对柱透镜成像系统的校准。

进一步地，所述标定板25包括：与所述LED点目标3连接的控制开关72；与所述控制开关72连接的供电电源71。

进一步地，所述控制开关72为机械控制开关。

进一步地，所述控制开关72为信号控制开关。

参见图7，为本申请提供了一种标定板的组成结构示意图。供电电源71为LED点目标3供电，控制开关72控制是否点亮LED点目标3。控制开关72可以是机械控制开关，也可以是信号控制开关。机械控制开关有校准操作者手动操作，控制LED点目标3的点亮与否。信号控制开关，是通过接收到的控制信号触发控制，包括有线信号控制和无线信号控制，在本申请实施例中对信号控制开关的信号类型不做限定。根据控制开关72不同，需要添加保证能够有效开关的附加元器件，如无线信号收发模块，复位模块等等。通过控制开关可以分别控制LED点目标3中包括的第一测试点31、第二测试点32和第三测试点33。

进一步地，所述调整所述标定板25与所述辅助圆透镜23的相对位置，包括：

在所述标定板25所在平面上旋转所述标定板25；和/或，

在与所述辅助圆透镜23的光轴方向垂直方向平移所述标定板25。

进一步地，所述工控机24按照预置周期计算并显示所述第一坐标差，以及所述第二坐标差。

设置预置周期，以保证在校准过程中，能够实时地计算并显示第一坐标差和第二坐标差。

进一步地，所述校准器27包括：电机和控制单元；

所述校准器27用于以所述柱透镜22中心轴旋转所述柱透镜22，包括：

所述控制单元，用于获取所述第一坐标差和所述第二坐标差；

所述控制单元，还用于根据所述第一坐标差和所述第二坐标差，计算柱透镜22的旋转角度和旋转方向；

所述控制单元，还用于根据所述旋转角度和旋转方向，生成旋转控制信号；

所述控制单元，还用于发送所述旋转控制信号；

所述电机，用于接收并执行所述旋转控制信号。

校准器27校准柱透镜22时，根据第一坐标差和第二坐标差，计算柱透镜22的旋转角度和旋转方向，然后根据旋转角度和旋转方向生成的旋转控制信号，以使得根据旋转信号旋转后第一坐标差和第二坐标差相等，当第一坐标差和第二坐标差相等时，锁定柱透镜22，完成对柱透镜成像系统的校准。

本申请提供的一种柱透镜成像系统的校准装置，通过使用辅助圆透镜23，调整标定板25，使得标定板25上点亮的第一测试点31和第二测试点32，经过辅助圆透镜23都能在线阵相机21上成像，以保证第一测试点31与第二测试点32与线阵相机21所在的直线平行，以确保对标定板25上的第三测试点33的能够作为标定特征点。工控机24标记第一柱透镜镜像点坐标、第二柱透镜镜像点坐标和第三柱透镜点坐标，计算第一坐标差与第二坐标值，能够获取精确的柱透镜22垂直度的判断依据。通过垂直度校准柱透镜22，显示直观，调节方便准备。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种柱透镜成像系统的校准装置，其特征在于，应用于包括线阵相机(21)、柱透镜(22)和工控机(24)的柱透镜成像系统，所述装置包括：

辅助圆透镜(23)的一侧安装所述线阵相机(21)，所述辅助圆透镜(23)的焦距与所述柱透镜(22)的焦距相同；

标定板(25)，与所述辅助圆透镜(23)的光轴方向垂直，设置在所述辅助圆透镜(23)的另一侧，并且与所述辅助圆透镜(23)间隔为预置距离，所述标定板(25)的LED点目标(3)包括不共线的第一测试点(31)、第二测试点(32)和第三测试点(33)，第三测试点(333)到第二测试点(32)的欧氏距离与第一测试点(31)到第三测试点(33)的欧氏距离相等，点亮所述第一测试点(31)和第二测试点(32)；

所述工控机(24)，用于检测所述线阵相机(21)是否接收到所述第一测试点(31)的第一圆透镜像点(41)和所述第二测试点(32)的第二圆透镜像点(42)；

调整架(26)，用于调整所述标定板(25)与所述辅助圆透镜(23)的相对位置，如果所述线阵相机(21)同时接收到所述第一像点和所述第二像点，固定所述标定板(25)；

将所述辅助圆透镜(23)更换为所述柱透镜(22)；

点亮所述LED点目标(3)中未点亮的第三测试点(33)；

所述线阵相机(21)，还用于标记所述LED点目标(3)的像点坐标，所述像点坐标包括所述第一测试点(31)的第一柱透镜像点坐标(51)、所述第二测试点(32)的第二柱透镜像点坐标(52)和所述第三测试点(33)的第三柱透镜像点坐标(53)；

所述工控机(24)，还用于读取所述线阵相机(21)的所述像点坐标，计算并显示所述第一柱透镜像点坐标(51)与所述第三柱透镜像点坐标(53)的第一坐标差，以及所述第二柱透镜像点坐标(52)与所述第三柱透镜像点坐标(53)的第二坐标差；

所述工控机(24)，还用于判断所述第一坐标差与所述第二坐标差是否相同；

如果判断结果为否，则校准器(27)用于以所述柱透镜(22)中心轴为旋转轴旋转所述柱透镜(22)；

如果判断结果为是，则锁定部件(28)用于锁定所述柱透镜(22)；

所述校准器(27)包括：电机和控制单元；

所述校准器(27)用于以所述柱透镜(22)中心轴旋转所述柱透镜(22)，包括：

所述控制单元，用于获取所述第一坐标差和所述第二坐标差；

所述控制单元，还用于根据所述第一坐标差和所述第二坐标差，计算柱透镜(22)的旋转角度和旋转方向；

所述控制单元，还用于根据所述旋转角度和旋转方向，生成旋转控制信号；

所述控制单元，还用于发送所述旋转控制信号；

所述电机，用于接收并执行所述旋转控制信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标定板(25)包括：

与所述LED点目标(3)连接的控制开关(72)；

与所述控制开关(72)连接的供电电源(71)。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制开关(72)为机械控制开关。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制开关(72)为信号控制开关。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调整所述标定板(25)与所述辅助圆透镜(23)的相对位置，包括：

在所述标定板(25)所在平面上旋转所述标定板(25)；和/或，

在与所述辅助圆透镜(23)的光轴方向垂直方向平移所述标定板(25)。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工控机(24)按照预置周期计算并显示所述第一坐标差，以及所述第二坐标差。

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