CN108759862B - 一种多光轴自动校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种多光轴自动校准系统，包括：近红外激光测距系统(1)，其安装于多维度调整系统(11)上；红外系统(2)，通过转台(3)与所述近红外激光测距系统连接；成像系统(4)，与所述红外系统固定连接；第二光学校准系统(5)，用于校准所述近红外激光测距系统(1)与红外系统(2)的同轴性，包括：第一激光反射镜(51)、第二激光反射镜(52)、耦合反射镜(53)、离轴抛物镜(54)以及靶标(55)，所述第一激光反射镜(51)、第二激光反射镜(52)、耦合反射镜(53)、离轴抛物镜(54)均镀有相应波长的全反射膜；计算机系统(6)，对所述靶标图像进行分析，并根据分析结果自动调整多维度调整系统的角度。

Description

一种多光轴自动校准系统及方法

技术领域

本发明涉及光学校准领域，具体涉及一种多光轴自动校准系统及方法。

背景技术

随着应用环境的复杂化，单一系统往往无法满足复杂的使用环境，覆盖宽光谱范围的复合系统的出现，越来越受到各应用层面的重视，对于近距离小型化目标的跟踪和测距，目前常用的系统是长波红外加近红外激光器，红外系统用来发现目标，激光系统对目标进行测距。在此过程中，一个重要的因素就是红外系统和激光系统的共轴问题，由于测距激光的束散角很小，当目标距离较远时，只有红外系统和激光系统两者的共轴性好，才能在监测的同时对目标进行测距，否则激光系统发出的激光无法投射到目标上，造成目标丢失，无法完成测距功能。本发明主要致力于红外系统和激光系统的光轴校准测试，实现测试过程简洁化，测试结果准确化，提高系统后期的测距和跟踪精度。

当一个设备有两个系统以上波段范围相差较大的光学系统时，如果还需要两个系统有一定的同轴度要求，那么对于不同光学系统的光轴校准就是系统应用过程中的重要环节。通常不同波段的光学系统进行光轴同轴度测试或校准时，应用的是宽谱段大口径平行光管，但此类设备造价高，制造工艺复杂，且体积尺寸大，也不适合外场搬运测试。

因此，开发一种简易的能够实现多光轴自动校准的系统及方法，就变得十分紧迫。

发明内容

本发明实施例提供了一种简易的能够实现多光轴自动校准的系统及方法，本发明的主要目的是解决上述问题，研制一种小型的、适合外场光轴一致性测试的设备。

本发明实施例提供的一种多光轴自动校准系统，包括：近红外激光测距系统1，其安装于多维度调整系统11上；红外系统2，通过转台3与所述近红外激光测距系统1连接，用于确定目标位置；成像系统4，与所述红外系统2固定连接，且已通过第一光学校准系统实现所述成像系统4与所述红外系统2的同轴性；第二光学校准系统5，用于校准所述近红外激光测距系统1与红外系统2的同轴性，包括：第一激光反射镜51、第二激光反射镜52、耦合反射镜53、离轴抛物镜54以及靶标55，所述第一激光反射镜51、第二激光反射镜52、耦合反射镜53、离轴抛物镜54均镀有相应波长的全反射膜；其中，近红外激光测距系统1发射近红外激光束，该光束经过第一激光反射镜51、第二激光反射镜52、耦合反射镜53、离轴抛物镜54反射后照亮靶标55；所述照亮的靶标55发射的光束经过所述离轴抛物镜54、耦合反射镜53后进入所述成像系统4，形成靶标图像；计算机系统6，所述计算机系统6与所述成像系统4电连接，并对所述靶标图像进行分析，并根据分析结果自动调整多维度调整系统11的角度。

进一步的，所述成像系统4与所述红外系统2位于所述转台3同侧，直接固定连接。

进一步的，所述多维度调整系统11包括至少一个步进电机12和调整架13，可以实现上、下、左、右、俯、仰六个维度调节。

进一步的，所述“对所述靶标图像进行分析，并根据分析结果自动调整多维度调整系统11的角度”包括：通过所述计算机系统6比较所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的距离；当该距离满足一定误差范围时，确认已校准；否则，根据所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的偏离方位和距离，反馈控制信号到所述多维度调整系统11，并重复执行上述步骤。

进一步的，所述“一定误差范围”为0～5个dpi。

另外，本发明实施例提供一种多光轴自动校准方法，包括：通过第一光学校准系统实现成像系统4与红外系统2的同轴性；近红外激光测距系统1发射近红外激光束，该光束依次经过第一激光反射镜51、第二激光反射镜52、耦合反射镜53、离轴抛物镜54反射后照亮靶标55；所述照亮的靶标55发射的光束依次经过所述离轴抛物镜54、耦合反射镜53后进入所述成像系统4，形成靶标图像；计算机系统6比较所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的距离；当该距离满足一定误差范围时，确认已校准；否则，根据所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的偏离方位和距离，反馈控制信号到多维度调整系统11；所述多维度调整系统11根据控制信号对所述近红外激光测距系统1的激光出射方向进行自动调整，直至所述距离满足一定误差范围。

进一步的，所述红外系统2通过转台3与所述近红外激光测距系统1连接；所述成像系统4与所述红外系统2位于所述转台3同侧，直接固定连接。

进一步的，所述多维度调整系统11包括至少一个步进电机12和调整架13，可以实现上、下、左、右、俯、仰六个维度调节。

进一步的，所述“一定误差范围”为0～5个dpi。

本发明的有益技术效果如下：

本发明提供一种多光轴自动校准系统及方法，利用激光反射镜1和激光反射镜2拉近了红外系统和激光测距系统的横向距离，减小横向跨度，从而减小光学零件的尺寸，降低成本；另外，加装可见光相机，将红外相机和激光测距系统的光轴一致性调整为激光测距系统和可见光相机的光轴一致性，方便测试；整个系统重量轻，方便搬运及外场进行调试。且通过计算机自动分析、控制激光系统光轴方向，方法简单易操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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是本发明实施例所述多光轴自动校准系统结构示意图；

图2是本发明实施例所述多光轴自动校准方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例1

如图1-2所示，本发明实施例提供的一种多光轴自动校准系统，包括：近红外激光测距系统1，其安装于多维度调整系统11上；红外系统2，通过转台3与所述近红外激光测距系统1连接，用于确定目标位置。在实际的应用当中，所述红外激光测距系统1、红外系统2以及转台3可以360度不停止旋转，从而使得红外系统2发现周围一定范围内目标，当锁定某一目标后，所述近红外激光测距系统1发射测距激光束，用于测量该目标的实际距离，这就要求近红外激光测距系统1、红外系统2具有良好的同轴性，否则难以获得准确的测量效果。

成像系统4，通常采用可见光CCD相机，与所述红外系统2固定连接，为了保证测量装置的紧凑性，所述成像系统4与所述红外系统2位于所述转台3同侧，直接固定连接在一起。且已通过第一光学校准系统实现所述成像系统4与所述红外系统2的同轴性，此第一光学校准系统省略介绍，一般可以通过利用CCD相机采集红外系统2的图像位置，来判断二者是否为同轴。

第二光学校准系统5，用于校准所述近红外激光测距系统1与红外系统2的同轴性，具体包括：第一激光反射镜51、第二激光反射镜52、耦合反射镜53、离轴抛物镜54以及靶标55，所述第一激光反射镜51、第二激光反射镜52、耦合反射镜53、离轴抛物镜54均镀有相应波长的全反射膜。

具体光路流程如下，近红外激光测距系统1发射近红外激光束，例如912nm或1064nm，该光束经过第一激光反射镜51、第二激光反射镜52、耦合反射镜53、离轴抛物镜54反射后照亮靶标55，此时波长基本不变。所述照亮的靶标55发射的光束经过所述离轴抛物镜54、耦合反射镜53后进入所述成像系统4，形成靶标图像。

另外，设置计算机系统6，所述计算机系统6与所述成像系统4电连接，并对所述靶标图像进行分析，并根据分析结果自动调整多维度调整系统11的角度。

进一步优选的，上述“对所述靶标图像进行分析，并根据分析结果自动调整多维度调整系统11的角度”包括：通过所述计算机系统6比较所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的距离，例如选取1k×1k的CCD分辨率，确定512×512位置为中心点，判断目标图像与中心位置的距离及方位。当该距离满足一定误差范围时，例如0～5个dpi，确认已校准。否则，根据所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的偏离方位和距离，给出反馈控制信号到所述多维度调整系统11，所述多维度调整系统11控制步进电机12进行微调，实现上、下、左、右、俯、仰六个维度调节，同时，计算机系统6以一定时间间隔，比较靶标图像的中心位置与校准目标位置的距离，直至满足误差范围精度，停止调整，此时确认所述红外激光测距系统1与CCD相机系统同轴，即与红外系统2同轴。

优选的，所述多维度调整系统11包括三个步进电机12和调整架13，分别进行六个维度三方向调节。

本发明提供一种多光轴自动校准系统，利用激光反射镜1和激光反射镜2拉近了红外系统和激光测距系统的横向距离，减小横向跨度，从而减小光学零件的尺寸，降低成本；另外，加装可见光相机，将红外相机和激光测距系统的光轴一致性调整为激光测距系统和可见光相机的光轴一致性，方便测试；整个系统重量轻，方便搬运及外场进行调试。且通过计算机自动分析、控制激光系统光轴方向，方法简单易操作。

实施例2

本发明实施例提供一种多光轴自动校准方法，包括：通过第一光学校准系统实现成像系统4与红外系统2的同轴性；近红外激光测距系统1发射近红外激光束，该光束依次经过第一激光反射镜51、第二激光反射镜52、耦合反射镜53、离轴抛物镜54反射后照亮靶标55；所述照亮的靶标55发射的光束依次经过所述离轴抛物镜54、耦合反射镜53后进入所述成像系统4，形成靶标图像；计算机系统6比较所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的距离；当该距离满足一定误差范围时，确认已校准；否则，根据所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的偏离方位和距离，反馈控制信号到多维度调整系统11；所述多维度调整系统11根据控制信号对所述近红外激光测距系统1的激光出射方向进行自动调整，直至所述距离满足一定误差范围。

通过所述计算机系统6比较所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的距离，例如选取1k×1k的CCD分辨率，确定512×512位置为中心点，判断目标图像与中心位置的距离及方位。当该距离满足一定误差范围时，例如0～5个dpi，确认已校准。否则，根据所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的偏离方位和距离，给出反馈控制信号到所述多维度调整系统11，所述多维度调整系统11控制步进电机12进行微调，实现上、下、左、右、俯、仰六个维度调节，同时，计算机系统6以一定时间间隔，比较靶标图像的中心位置与校准目标位置的距离，直至满足误差范围精度，停止调整，此时确认所述红外激光测距系统1与CCD相机系统同轴，即与红外系统2同轴。

本发明提供一种多光轴自动校准方法，利用激光反射镜1和激光反射镜2拉近了红外系统和激光测距系统的横向距离，减小横向跨度，从而减小光学零件的尺寸，降低成本；另外，加装可见光相机，将红外相机和激光测距系统的光轴一致性调整为激光测距系统和可见光相机的光轴一致性，方便测试；整个系统重量轻，方便搬运及外场进行调试。且通过计算机自动分析、控制激光系统光轴方向，方法简单易操作。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种多光轴自动校准系统，其特征在于，包括：

近红外激光测距系统（1），其安装于多维度调整系统（11）上；

红外系统（2），通过转台（3）与所述近红外激光测距系统（1）连接，用于确定目标位置；

成像系统（4），与所述红外系统（2）固定连接，且已通过第一光学校准系统实现所述成像系统（4）与所述红外系统（2）的同轴性；

第二光学校准系统（5），用于校准所述近红外激光测距系统（1）与红外系统（2）的同轴性，包括：第一激光反射镜（51）、第二激光反射镜（52）、耦合反射镜（53）、离轴抛物镜（54）以及靶标（55），所述第一激光反射镜（51）、第二激光反射镜（52）、耦合反射镜（53）、离轴抛物镜（54）均镀有相应波长的全反射膜；

其中，近红外激光测距系统（1）发射近红外激光束，该光束经过第一激光反射镜（51）、第二激光反射镜（52）、耦合反射镜（53）、离轴抛物镜（54）反射后照亮靶标（55）；所述照亮的靶标（55）发射的光束经过所述离轴抛物镜（54）、耦合反射镜（53）后进入所述成像系统（4），形成靶标图像；

计算机系统（6），所述计算机系统（6）与所述成像系统（4）电连接，并对所述靶标图像进行分析，并根据分析结果自动调整多维度调整系统（11）的角度。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成像系统（4）与所述红外系统（2）位于所述转台（3）同侧，直接固定连接。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多维度调整系统（11）包括至少一个步进电机（12）和调整架（13），可以实现上、下、左、右、俯、仰六个维度调节。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述“对所述靶标图像进行分析，并根据分析结果自动调整多维度调整系统（11）的角度”包括：

通过所述计算机系统（6）比较所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的距离；

当该距离满足一定误差范围时，确认已校准；

否则，根据所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的偏离方位和距离，反馈控制信号到所述多维度调整系统（11），并重复执行上述步骤。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述“ 一定误差范围”为0~5个dpi。

6.一种多光轴自动校准方法，其特征在于，包括：

通过第一光学校准系统实现成像系统（4）与红外系统（2）的同轴性；

近红外激光测距系统（1）发射近红外激光束，该光束依次经过第一激光反射镜（51）、第二激光反射镜（52）、耦合反射镜（53）、离轴抛物镜（54）反射后照亮靶标（55）；所述照亮的靶标（55）发射的光束依次经过所述离轴抛物镜（54）、耦合反射镜（53）后进入所述成像系统（4），形成靶标图像；

计算机系统（6）比较所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的距离；当该距离满足一定误差范围时，确认已校准；

否则，根据所述靶标图像的中心位置与校准目标位置的偏离方位和距离，反馈控制信号到多维度调整系统（11）；

所述多维度调整系统（11）根据控制信号对所述近红外激光测距系统（1）的激光出射方向进行自动调整，直至所述距离满足一定误差范围。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述红外系统（2）通过转台（3）与所述近红外激光测距系统（1）连接；所述成像系统（4）与所述红外系统（2）位于所述转台（3）同侧，直接固定连接。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多维度调整系统（11）包括至少一个步进电机（12）和调整架（13），可以实现上、下、左、右、俯、仰六个维度调节。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述“ 一定误差范围”为0~5个dpi。