CN107830821B - 多光轴平行度测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多光轴平行度测量系统及方法，涉及组合光学侦测系统领域。所述多光轴平行度测量系统包括基准调整设备、靶板调整装置和靶板，靶板设置于靶板调整装置上，基准调整设备上设置有组合光学侦测装置，基准调整设备和靶板调整装置间隔相对设置，基准调整设备上设置有俯仰校准装置，基准调整设备上还设置有方位校准装置，靶板上设置有靶纸，靶纸用于获取被测成像系统光轴距离基准系统光轴的位置偏差，以基于该位置偏差获取被测成像系统光轴的平行度。本发明提出了一种多光轴平行度测量系统来模拟大口径平行光管，降低了测量校准设备设计制作和调校的难度，且降低了对测量场地的要求，操作方便，具有较高的实用性。

Description

多光轴平行度测量系统及方法

技术领域

本发明涉及组合光学侦测系统领域，具体而言，涉及一种多光轴平行度测量系统及方法。

背景技术

军用光学成像系统在对远距离目标进行昼夜监视时，采用红外、微光、可见光等多种成像器件分时工作，为了能够捕捉、监视到同一个目标，各成像系统一般平行安装成一个整体，这样的系统被称为组合光学侦测装置。

为了能够监测远距离(≥3km)目标，系统的各个器件所配用的成像镜头往往焦距很长；而且为了在夜间获得更多的能量，从而实现更好的成效效果，成像镜头的口径也都较大。故各光轴之间的距离也较大，整个系统体积也较大。

传统的多光轴系统的光轴平行度偏差测量方法一般有两种：一种是大口径非球面反射镜组成的平行光管法，但是由于此军用多光轴系统体积较大，各光轴之间的距离也较大，需要用直径超过500mm平行光管，这样的平行光管很难找到，定做的费用也相当昂贵，设备架设难度较大，对场地条件要求较高，不适用于小批量生产测试；第二种是瞄准远距离的目标进行直接校准，但是在城市、厂区很难找到足够远的目标，如果到外场试验又很不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多光轴平行度测量系统及方法，其能够有效改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种多光轴平行度测量系统，其包括基准调整设备、靶板调整装置和靶板，所述靶板设置于所述靶板调整装置上，所述基准调整设备上设置有组合光学侦测装置，所述基准调整设备和所述靶板调整装置间隔相对设置，所述基准调整设备用于调整所述组合光学侦测装置的方位和俯仰角度，所述靶板调整装置用于调整所述靶板的方位和俯仰角度，所述基准调整设备上设置有俯仰校准装置，所述俯仰校准装置用于为所述基准调整设备和所述靶板调整装置的俯仰角校准提供参照，以使所述组合光学侦测装置处于水平位置，以及使所述靶板垂直于水平面，所述基准调整设备上还设置有方位校准装置，所述方位校准装置用于为所述基准调整设备和所述靶板调整装置的方位校准提供参照，以使所述组合光学侦测装置的基准系统光轴与所述靶板垂直，所述靶板上设置有靶纸，所述靶纸用于获取被测成像系统光轴距离所述基准系统光轴的位置偏差，以基于所述位置偏差获取所述被测成像系统光轴的平行度。

在本发明较佳的实施例中，所述多光轴平行度测量系统还包括显示设备，所述显示设备与所述组合光学侦测装置连接，所述显示设备用于显示所述靶纸的像以及所述基准系统光轴和所述组合光学侦测装置中的各个成像系统光轴在所述靶纸上的位置。

在本发明较佳的实施例中，所述靶纸为网格状，所述靶纸上设置有所述基准系统光轴对应的十字分划线以及所述组合光学侦测装置中各个成像系统光轴对应的标准十字分划线。

在本发明较佳的实施例中，所述基准系统光轴对应的十字分划线为所述靶纸的正中心原点。

在本发明较佳的实施例中，所述靶纸的视场面积大于或等于整个视场面积的二分之一。

在本发明较佳的实施例中，所述靶纸上的所述组合光学侦测装置中各个成像系统光轴对应的标准十字分划线为不同线型。

在本发明较佳的实施例中，所述俯仰校准装置为水平仪。

在本发明较佳的实施例中，所述方位校准装置为激光指示灯，所述靶板上对应于所述激光指示灯的区域能够反射由所述激光指示灯发出的激光。

在本发明较佳的实施例中，所述靶板上对应于所述激光指示灯的位置设置有平面反光镜。

第二方面，本发明实施例还提供了一种多光轴平行度测量方法，应用于如上所述的多光轴平行度测量系统，所述多光轴平行度测量方法包括：利用俯仰校准装置，调整基准调整设备和靶板调整装置的俯仰角，使靶板垂直于水平面，以及使组合光学侦测装置处于水平位置；利用方位校准装置，调整所述组合光学侦测装置的基准系统光轴与所述靶板垂直；获取被测成像系统光轴到基准系统光轴的位置偏差，并基于所述位置偏差获取所述被测成像系统光轴的平行度。

本发明实施例提供的多光轴平行度测量系统及方法，通过在安装有组合光学侦测装置的基准调整设备上设置俯仰校准装置和方位校准装置，再通过俯仰校准装置来调整基准调整设备和靶板调整装置的俯仰角，使靶板垂直于水平面，以及使组合光学侦测装置处于水平位置，通过方位校准装置来调整所述组合光学侦测装置的基准系统光轴，可使被测的组合光学侦测装置的基准系统光轴与靶板垂直；再通过在靶板上设置靶纸，并以基准系统光轴在靶纸上对应的位置作为参照，来获取被测成像系统光轴距离基准系统光轴的位置偏差，最终即可基于该位置偏差来计算被测成像系统光轴的平行度。相对于现有技术，本发明提出了一种多光轴平行度测量系统来模拟大口径平行光管，降低了测量校准设备设计制作和调校的难度，且降低了对测量场地的要求，操作方便，具有较高的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的多光轴平行度测量系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的一种优选的多光轴平行度测量系统的结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的靶纸的示意图；

图4为本发明第一实施例提供的测量系统调整完毕后基准系统显示示意图；

图5为本发明第一实施例提供的被测系统十字分划线显示及测量测量示意图；

图6为本发明第一实施例提供的基准系统和被测系统十字分划线校准后显示示意图；

图7为本发明第二实施例提供的多光轴平行度测量方法的流程框图。

图标：10-基准系统光轴；100-组合光学侦测装置；200-靶板；220-靶纸；240-平面反射镜；300-基准调整设备；320-俯仰校准装置；340-方位校准装置；400-靶板调整装置；500-显示设备；1000-多光轴平行度测量系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，“输入”、“输出”、“反馈”、“形成”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“形成”仅仅是指光信号或电信号通过该元件、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。

在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述多光轴平行度测量系统中各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的光路方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供了一种多光轴平行度测量系统1000，其包括基准调整设备300、靶板调整装置400和靶板200。所述靶板200设置于所述靶板调整装置400上，所述基准调整设备300上设置有组合光学侦测装置100，所述基准调整设备300和所述靶板调整装置400间隔相对设置。

本实施例中，所述组合光学侦测装置100含有多光轴成像系统，组合光学侦测装置100的光轴平行度定义为光轴之间的夹角，选择其中一条光轴作为基准系统光轴10后，组合光学侦测装置100的光轴平行度即为其它各条光轴与基准轴的夹角。

本实施例中，所述基准调整设备300和所述靶板调整装置400均为双轴云台结构，其中，所述基准调整设备300用于调整所述组合光学侦测装置100的方位和俯仰角度，所述靶板调整装置400用于调整所述靶板200的方位和俯仰角度。特别的，所述基准调整设备300和所述靶板调整装置400还可以分别在垂直方向上调整所述组合光学侦测装置100和所述靶板200的高度。

本实施例中，所述基准调整设备300上设置有俯仰校准装置320，所述俯仰校准装置320用于为所述基准调整设备300和所述靶板调整装置400的俯仰角校准提供参照，以使所述组合光学侦测装置100处于水平位置，以及使所述靶板200垂直于水平面。可以理解的是，当整个测量系统处于水平时，平行度测量更为方便。

本实施例中，所述俯仰校准装置320可以是水平仪或其他能够用来调整水平的装置。

本实施例中，所述基准调整设备300上还设置有方位校准装置340，所述方位校准装置340用于为所述基准调整设备300和所述靶板调整装置400的方位校准提供参照，以使所述组合光学侦测装置100的基准系统光轴10与所述靶板200垂直。可以理解的是，设置俯仰校准装置320以及方位校准装置340的目的是为了使基准系统光轴10与靶板200垂直，即保证组合光学侦测装置100中的各个光学成像系统到靶板200表面的距离相等。特别的，当所述组合光学侦测装置100和靶板200没有调成水平而是倾斜时，只要保证基准系统光轴10与靶板200垂直，也同样可以进行组合光学侦测装置100中多光轴平行度的测量。

本实施例中，所述方位校准装置340可以是激光指示灯，所述靶板200上对应于所述激光指示灯的区域能够反射由所述激光指示灯发出的激光。例如，可以在靶板200上对应于所述激光指示灯的区域采用高反射率的材料制作，或是涂覆一层反射膜。优选的，如图1所示，本实施例中，所述靶板200上对应于所述激光指示灯的位置设置有平面反光镜，该平面反光镜的反光面与靶板200的表面平行。在调整方位时，通过该平面反光镜反射激光指示灯发出的激光，直至激光能够被平面反射镜240返回激光指示灯的发射点，此时可以认为基准系统光轴10与靶板200垂直。

本实施例中，所述靶板200上设置有靶纸220，所述靶纸220可以用于获取被测成像系统光轴距离所述基准系统光轴10的位置偏差，以基于所述位置偏差获取所述被测成像系统光轴的平行度。可以理解的是，在所述靶纸220上能够获取被测成像系统光轴对应的参照点与基准系统光轴10对应的参照点之间的距离和方向，并可在靶纸220上预建立的坐标系中以位置偏差的具体数值来计算被测成像系统光轴的平行度。

请参照图2，本实施例中，所述多光轴平行度测量系统1000还可以包括显示设备500，所述显示设备500与所述组合光学侦测装置100连接，所述显示设备500用于显示所述靶纸220的像以及所述基准系统光轴10和所述组合光学侦测装置100中的各个成像系统光轴在所述靶纸220上的位置。

本实施例中，所述显示设备500可以是具有显示功能的计算机，其能够获取组合光学侦测装置100的各个光学系统拍摄到的靶板200的像，还能够将获取的图像、测量结果与校准过程通过图片和视频进行保存。

本实施例中，所述靶纸220可以是网格状的，所述靶纸220上设置有所述基准系统光轴10对应的十字分划线以及所述组合光学侦测装置100中各个成像系统光轴对应的标准十字分划线。特别的，所述靶纸220的视场面积大于或等于整个视场面积的二分之一，网格的分度值可以根据系统的分辨率和实际需求进行选择。可以理解的是，各个光轴对应的十字分划线是用于标记各个光轴在靶纸220上的投影点。

请参照图3，优选的，所述基准系统光轴10对应的十字分划线为所述靶纸220的正中心原点(0,0)。其中，所述靶纸220上的所述组合光学侦测装置100中各个成像系统光轴对应的标准十字分划线可以是不同线型的。例如图3中所示的，中心实线十字为基准系统光轴10对应的十字分划线，虚线、点划线、双点划线十字分别为其他被测光轴对应的十字分划线。

请参照图4，本实施例中，显示设备500的显示屏中基准系统显示窗口中心具有一个十字分划线(白色十字光标)，当该显示窗口中心的十字分划线对准靶纸220上的基准光轴十字分划线时，可以认为测量系统的调整完成。

现以测量被测装置中某一成像系统A的平行度为例，理论上各成像系统的光轴完全平行无偏差，被测A系统对应的十字分划线与基准成像系统对应的十字分划线虽然在靶纸220上的不同位置，但在显示时两个分划线均应显示在其对应显示窗口的屏幕中心。实际上各光学系统的光轴平行度有一定的偏差，如图5所示，当基准系统光轴10对应的十字分划线显示在基准系统显示窗口屏幕中心时，被测A系统对应的十字分划线并没有显示在A系统显示窗口的屏幕中心，而是有一定的偏移。

通过读取靶纸220上网格的个数可以得到A成像系统光轴的水平偏差x_A′(当A系统十字分划线在白色十字光标左侧时x_A′为负，在右侧时x_A′为正)和垂直偏差y_A′(当A系统十字分划线在白色十字光标下方时y_A′为负，在上方时y_A′为正)。

根据几何法，此A系统光轴的平行度为：

其中，|α_A|为A系统光轴平行度偏差值，不具有方向性。如果需要获取A系统光轴在水平、俯仰两个方向上偏移情况，可分别计算两个方向上光轴偏移的角度。

水平方向上偏移的角度为：

当α_Ax为负时，光轴偏左；当α_Ax为正时，光轴偏右。

俯仰方向上偏移的角度为：

当α_Ay为负时，光轴偏下；当α_Ay为正时，光轴偏上。

经过测量获取被测成像系统光轴在水平和俯仰上的偏移角度之后，可根据测量值，微调被测成像系统的水平和俯仰，直至显示屏上的中心分划线与被测系统的分划线重合，如图6所示，系统校准完成。

以下介绍一种具体的利用本实施例提供的多光轴平行度测量系统1000，进行组合光学侦测装置100多光轴平行度测量和校准的实施方法：

1)将固定在基准调整设备300上的被测组合光学侦测装置100放置在与靶板200距离10m的位置；

2)利用水平仪(俯仰校准装置320)，通过调整靶板调整装置400的俯仰角，使靶纸220垂直于水平面；

3)利用水平仪(俯仰校准装置320)，通过调整基准调整设备300的俯仰角，使组合光学侦测装置100处于水平位置；

4)点亮激光指示灯(方位校准装置340)，调整基准调整设备300的方位角，直至激光指示灯所发射的激光能被平面反射镜240反射；

5)通过调整靶板调整装置400的水平方位角，直至激光指示灯所发射的光线能够被平面反射镜240反射回发射点，此时激光指示灯光轴与靶板200垂直，即基准系统光轴10与靶板200垂直；

6)沿激光指示灯光轴前后微调靶板200的前后位置，可利用钢卷尺，保证被测组合光学侦测装置100与靶板200的距离L₀＝10m±1mm。此时，组合光学侦测装置100中的各光学成像系统到靶板200表面的距离相等，均为L₀。

7)将被测组合光学侦测装置100与显示设备500正确连接；

8)启动显示设备500和被测组合光学侦测装置100，打开视频软件，对靶板200成像；

9)调整靶纸220的上下左右位置，使靶纸220的基准十字分划线与显示屏上基准光学系统显示窗口的十字分划线重合，调整过程中可利用角尺座不锈钢尺保证靶纸220网格的水平线水平；

10)通过读取靶纸220上网格的个数得到被测成像系统光轴的水平偏差x′(当被测成像系统十字分划线在白色十字光标左侧时x′为负，在右侧时x′为正)和垂直偏差y′(当被测成像系统十字分划线在白色十字光标下方时y′为负，在上方时y′为正)；例如图5所示，读出被测光轴的十字分划线水平向右偏移1.5mm，俯仰向下偏移0.5mm，即为x′＝1.5×10^-3m，y′＝﹣0.5×10^-3m；

11)将测得的数据代入式(1)，该被测成像系统光轴的平行度为：

代入式(2)得到水平方向上偏移的角度为：

代入式(3)得到俯仰方向上偏移的角度为：

故此被测成像光轴平行度为0.15mrad，水平向右偏0.15mrad，俯仰向下偏0.05mrad；

12)记录数据并保存图像；

13)根据测量值，将被测成像系统水平向左、俯仰向上微调，直至显示屏上的中心分划线与被测系统的分划线重合，如图6所示，系统校准完成，保存图像。

与现有技术相比，本实施例提供的多光轴平行度测量系统1000避免了使用繁杂的测试设备，降低了测量校准设备设计制作和调校的难度，且降低了对测量场地的要求，操作方便，测量结果和校准过程可通过图片和视频保存，具有较高的实用性。

第二实施例

请参照图7，本实施例提供了一种多光轴平行度测量方法，可以应用于上述第一实施例中的多光轴平行度测量系统。所述多光轴平行度测量方法包括：

步骤S700：利用俯仰校准装置，调整基准调整设备和靶板调整装置的俯仰角，使靶板垂直于水平面，以及使组合光学侦测装置处于水平位置；

步骤S710：利用方位校准装置，调整所述组合光学侦测装置的基准系统光轴与所述靶板垂直；

步骤S720：获取被测成像系统光轴到基准系统光轴的位置偏差，并基于所述位置偏差获取所述被测成像系统光轴的平行度。

综上所述，本发明实施例提供的多光轴平行度测量系统及方法，通过在安装有组合光学侦测装置的基准调整设备上设置俯仰校准装置和方位校准装置，再通过俯仰校准装置来调整基准调整设备和靶板调整装置的俯仰角，使靶板垂直于水平面，以及使组合光学侦测装置处于水平位置，通过方位校准装置来调整所述组合光学侦测装置的基准系统光轴，可使被测的组合光学侦测装置的基准系统光轴与靶板垂直；再通过在靶板上设置靶纸，并以基准系统光轴在靶纸上对应的位置作为参照，来获取被测成像系统光轴距离基准系统光轴的位置偏差，最终即可基于该位置偏差来计算被测成像系统光轴的平行度。相对于现有技术，本发明提出了一种多光轴平行度测量系统来模拟大口径平行光管，降低了测量校准设备设计制作和调校的难度，且降低了对测量场地的要求，操作方便，具有较高的实用性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多光轴平行度测量系统，其特征在于，包括基准调整设备、靶板调整装置、显示设备和靶板，所述靶板设置于所述靶板调整装置上，所述基准调整设备上设置有组合光学侦测装置，所述基准调整设备和所述靶板调整装置间隔相对设置，所述显示设备与所述组合光学侦测装置连接，

所述基准调整设备用于调整所述组合光学侦测装置的方位和俯仰角度，所述靶板调整装置用于调整所述靶板的方位和俯仰角度，

所述基准调整设备上设置有俯仰校准装置，所述俯仰校准装置用于为所述基准调整设备和所述靶板调整装置的俯仰角度校准提供参照，以使所述组合光学侦测装置处于水平位置，以及使所述靶板垂直于水平面，

所述基准调整设备上还设置有方位校准装置，所述方位校准装置用于为所述基准调整设备和所述靶板调整装置的方位校准提供参照，以使所述组合光学侦测装置的基准系统光轴与所述靶板垂直，

所述靶板上设置有靶纸，所述靶纸为网格状，所述靶纸上设置有所述基准系统光轴对应的十字分划线以及所述组合光学侦测装置中各个成像系统光轴对应的标准十字分划线，所述靶纸用于获取被测成像系统光轴距离所述基准系统光轴的位置偏差，以基于所述位置偏差获取所述被测成像系统光轴的平行度,所述显示设备用于显示所述靶纸的像以及所述基准系统光轴和所述组合光学侦测装置中的各个成像系统光轴在所述靶纸上的位置。

2.根据权利要求1所述的多光轴平行度测量系统，其特征在于，所述基准系统光轴对应的十字分划线为所述靶纸的正中心原点。

3.根据权利要求1所述的多光轴平行度测量系统，其特征在于，所述靶纸的视场面积大于或等于整个视场面积的二分之一。

4.根据权利要求1所述的多光轴平行度测量系统，其特征在于，所述靶纸上的所述组合光学侦测装置中各个成像系统光轴对应的标准十字分划线为不同线型。

5.根据权利要求1所述的多光轴平行度测量系统，其特征在于，所述俯仰校准装置为水平仪。

6.根据权利要求1所述的多光轴平行度测量系统，其特征在于，所述方位校准装置为激光指示灯，所述靶板上对应于所述激光指示灯的区域能够反射由所述激光指示灯发出的激光。

7.根据权利要求6所述的多光轴平行度测量系统，其特征在于，所述靶板上对应于所述激光指示灯的位置设置有平面反光镜。

8.一种多光轴平行度测量方法，应用于权利要求1至7中任一项所述的多光轴平行度测量系统，其特征在于，所述多光轴平行度测量方法包括：

利用俯仰校准装置，调整基准调整设备和靶板调整装置的俯仰角度，使靶板垂直于水平面，以及使组合光学侦测装置处于水平位置；

利用方位校准装置，调整所述组合光学侦测装置的基准系统光轴与所述靶板垂直；

获取被测成像系统光轴到基准系统光轴的位置偏差，并基于所述位置偏差获取所述被测成像系统光轴的平行度。