CN109405635B - 相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统及其调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统及其调试方法，系统包括准直光源模块、镂空式调整模块、站间移动模块、田字网格、田字网格位姿检测模块。准直光源模块提供弹道模拟线；镂空式调整模块利用微调底座、高度调节装置及六自由度平台调节田字网格空间位姿，站间移动模块将完成当前阴影照相站校准任务后的镂空式调整模块快速搬运至下一个阴影照相站；田字网格位姿检测模块对经镂空式调整模块调节后田字网格空间位姿进行检测，并做为下一步调节的反馈信息。本发明适用于野外环境，能够将田字网格调节到空间预定位置，同时没有遮挡相机视场中的田字网格部分，适用于阴影照相站地面CCD相机光轴竖直、侧面CCD相机光轴水平的正交布站方式。

Description

相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统及其调试方法

技术领域

本发明属于测试计量技术领域，具体涉及一种相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统及其调试方法。

背景技术

阴影照相靶道校准系统是将0~200 m内多个阴影照相站的相机图像坐标系统一到同一空间坐标系中，其精度直接影响到弹丸飞行姿态测量精度，靶道校准系统的建立是靶道测试的首要任务。

中国专利201410337328.2公开了一种靶道空间基准装置及其调节方法，该方法采用双激光作为弹道模拟线，双PSD位置探测系统作为田字网格位姿检测装置，组合式步进电机作为田字网格调节机构，其靶道首尾两端激光重合调试效率低，精度差，组合式步进电机由多个调整电机拼接而成，刚度低，误差大，空间基准装置移动依赖轨道，且只适用于阴影照相站CCD相机相对于弹道线水平面斜45°正交拍摄布站方式，激光室外可见性差，其野外适用性有待验证。

野外阴影照相靶道在0~200 m内沿火炮射向设置多个阴影照相站，每个照相站由两台CCD相机组成，其中一台CCD相机放置在弹道线正下方的地面上，另一台CCD相机放置在与弹道线等高的支架上，正交拍摄炮弹出炮口段阴影图像。因此，研发一种适用于野外环境、阴影照相站相机竖直正交放置布站方式的校准系统，对提高阴影照相靶道野外测试能力具有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统及其调试方法，克服了野外环境因素对校准系统的影响，且不会遮挡位于弹道线正下方相机覆盖标定物质的视场。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统，适用于野外环境和室内环境，包括准直光源模块、田字网格、田字网格位姿检测模块、镂空式调整模块和站间移动模块。

所述准直光源模块提供弹道模拟线。

所述镂空式调整模块包括六自由度平台、高度调节装置及微调底座，利用六自由度平台、高度调节装置及微调底座调节田字网格空间位姿。

所述田字网格位姿检测模块对经镂空式调整模块调节后的田字网格空间位姿进行检测，并作为下一步调节的反馈信息。

所述站间移动模块将完成当前阴影照相站校准任务后的镂空式调整模块、田字网格和田字网格位姿检测模块快速搬运至下一个站。

所述准直光源模块包括精密位移台、平行光源和光学支架，平行光源设置在精密位移台上，精密位移台设置在光学支架上，田字网格位姿检测模块包括光学靶标、水平泡、半透半反镜和PSD位置探测系统；光学靶标设置在田字网格与平行光源之间；水平泡固定在田字网格顶面；半透半反镜和PSD位置探测系统分别对称固定在田字网格两侧；田字网格固定在六自由度平台上平台；六自由度平台固定在高度调节装置上；高度调节装置落在微调底座上。

当在野外环境时，所述准直光源模块还包括减震隔离带，光学支架架设在被减震隔离带包围的地面上，准直光源模块设置在炮位端，调节精密位移台，使平行光源的光束与弹道线重合。

一种相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统的调试方法，包括以下步骤：

步骤1、将平行光源固定在精密位移台上，精密位移台设置在光学支架上，准直光源模块设置在炮位端，调节精密位移台使平行光源的光束与弹道线重合。

步骤2、以平行光源的光束为依据，调整光学靶标位置，使得平行光源发出的光束从光学靶标中心穿过。

步骤3、调节田字网格空间位姿，使得平行光源的光束与田字网格的轴线重合。

步骤4、通过水平泡检测田字网格水平状态，调整田字网格滚转角，使得水平泡指示气泡位于水平泡中间；此时，田字网格作为阴影照相站相机标定物质。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）平行光源、精密位移台和光学支架架设在减震隔离带中，平行光源为绿色，光学支架稳定性好，能够隔离野外环境中振动，光斑可见性好。

（2）仅需要单个平行光源，不需要多条光束重合调试，校准效率高。

（3）采用并联机器人精确调节田字网格空间位姿，并联机器人结构紧凑，刚度大，不存在累积误差，保证了校准的精度与稳定性。

（4）采用镂空式调整模块，不遮挡地面CCD相机光轴竖直、侧面CCD相机光轴水平的布站方式中相机拍摄田字网格的视场，通用性好。

（5）微调底座具备支撑和微调功能，能够消除野外地面不平整带来的影响。

（6）轮式移动车与微调底座等高，镂空式调整模块站间移动简单，不需要固定轨道。

附图说明

图1是本发明的功能框图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明的六自由度平台的结构示意图。

图4是本发明的高度调节装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明一种相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统，适用于野外环境和室内环境，包括准直光源模块、田字网格8、田字网格位姿检测模块、镂空式调整模块和站间移动模块。

所述准直光源模块包括准直光源模块包括减震隔离带1、精密位移台2、平行光源3和光学支架，用于提供弹道模拟线。

所述镂空式调整模块包括六自由度平台10、高度调节装置11及微调底座12，利用六自由度平台10、高度调节装置11及微调底座12调节田字网格8空间位姿。

所述田字网格位姿检测模块包括光学靶标4、水平泡6、半透半反镜7和PSD位置探测系统9，对经镂空式调整模块调节后的田字网格8空间位姿进行检测，并作为下一步调节的反馈信息。

所述站间移动模块包括轮式移动车5，将完成当前阴影照相站校准任务后的镂空式调整模块、田字网格8和田字网格位姿检测模块快速搬运至下一个阴影照相站。

结合图2，所述的相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统，平行光源3设置在精密位移台2上，精密位移台2设置在光学支架上，光学支架架设在减震隔离带1中；光学靶标4设置在平行光源3与田字网格8之间；水平泡6固定在田字网格8顶面；半透半反镜7和PSD位置探测系统9分别对称固定在田字网格8两侧；田字网格8固定在六自由度平台10上平台；六自由度平台10固定在高度调节装置11上；高度调节装置11落在微调底座12上；平行光源3、光学靶标4、半透半反镜7、田字网格8和PSD位置探测系统9共光轴设置。

减震隔离带1由软柏油浇筑而成，内径2 m，外径2.5 m，深度比冻土层深，能够有效隔离环境中的振动；平行光源3为绿光，在太阳光下光斑肉眼可见性好；轮式移动车5与微调底座12等高，能够快速的实现田字网格8、六自由度平台10、高度调节装置11和田字网格位姿检测模块在轮式移动车5和微调底座12之间的移动。

所述平行光源3数量为1，PSD位置探测系统9数量为1，光学靶标4数量为1。

结合图3，所述六自由度平台10为六轴并联机器人，上平台中心开有一个田字网格8底面等尺寸大小的方孔，在调节田字网格8空间位姿的同时，能够保证从上平台俯视投影，方形孔区域内没有遮挡物。

结合图4，所述高度调节装置11包括顶板、四个支撑杆、四个工业轮和四个蹄脚，顶板中心设有与六自由度平台10下平台内径尺寸相同的圆孔，四个支撑杆固定在顶板底面，四个蹄脚分别固定在四个支撑杆底面，用于调节高度；在校准阴影照相站时，旋转蹄脚手轮使得蹄脚接触微调底座12顶面，高度调节装置11落在微调底座12上，完成阴影照相站校准后，旋转蹄脚手轮使得工业轮接触微调底座12顶面，可以实现高度调节装置11在轮式移动小车5与微调底座12之间的移动。

一种相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统的调试方法，包括以下步骤：

步骤1、将平行光源3固定在精密位移台2上，精密位移台2设置在光学支架上，准直光源模块设置在炮位端，调节精密位移台2使平行光源3的光束与弹道线重合；

步骤2、以平行光源3的光束为依据，调整光学靶标4位置，使得平行光源3发出的光束从光学靶标4中心穿过；

步骤3、调节田字网格8空间位姿，使得平行光源3的光束与田字网格8的轴线重合；

步骤3-1、平行光源3的光束从光学靶标4中心穿过，照射在半透半反镜7表面上，形成反射光束和透射光束；

步骤3-2、反射光束在光学靶标4上形成反射光斑，调整田字网格8空间俯仰角、偏航角，使得反射光斑与光学靶标4中心重合；

步骤3-3、透射光束照射在PSD位置探测系统9上，通过六自由度平台10平移田字网格8，使得透射光束光斑落在PSD位置探测系统9中心；

步骤4、通过水平泡6检测田字网格8水平状态，调整田字网格8滚转角，使得水平泡6指示气泡位于水平泡中间；此时，田字网格8作为阴影照相站相机标定物质。

将地面CCD相机和侧面CCD相机设置在相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统中，其中地面CCD相机设置在弹道模拟线正下方的地面上，光轴朝上，侧面CCD相机设置在与弹道模拟线等高的支架上，光轴水平。

以田字网格8为依据，调节地面CCD相机的空间位置，使得相机光轴与田字网格8底面和顶面“田字型”网格面中心点连线重合，地面相机光心、田字网格8底面和顶面“田字型”网格面中心点三点一线；调节侧面CCD相机的空间位置，使得相机光轴与田字网格8两侧面“田字型”网格面中心点连线重合，侧面相机光心、田字网格8两侧面“田字型”网格面中心点三点一线，从而地面CCD相机和侧面CCD相机光轴垂直，完成当前阴影照相站的校准。

使用轮式移动车5将田字网格8、六自由度平台10、高度调节装置11和田字网格位姿检测模块搬运至下一个阴影照相站，直至完成野外阴影照相靶道内所有阴影照相站的相机空间位置校准。

Claims (8)

1.一种相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统，其特征在于：适用于野外环境和室内环境，包括准直光源模块、田字网格（8）、田字网格位姿检测模块、镂空式调整模块和站间移动模块；

所述准直光源模块提供弹道模拟线；

所述镂空式调整模块包括六自由度平台（10）、高度调节装置（11）及微调底座（12），利用六自由度平台（10）、高度调节装置（11）及微调底座（12）调节田字网格（8）空间位姿；

所述田字网格位姿检测模块对经镂空式调整模块调节后的田字网格（8）空间位姿进行检测，并作为下一步调节的反馈信息；

所述站间移动模块将完成当前阴影照相站校准任务后的镂空式调整模块、田字网格（8）和田字网格位姿检测模块快速搬运至下一个站；

所述准直光源模块包括精密位移台（2）、平行光源（3）和光学支架，平行光源（3）设置在精密位移台（2）上，精密位移台（2）设置在光学支架上，田字网格位姿检测模块包括光学靶标（4）、水平泡（6）、半透半反镜（7）和PSD位置探测系统（9）；光学靶标（4）设置在田字网格（8）与平行光源（3）之间；水平泡（6）固定在田字网格（8）顶面；半透半反镜（7）和PSD位置探测系统（9）分别对称固定在田字网格（8）两侧；田字网格（8）固定在六自由度平台（10）上平台；六自由度平台（10）固定在高度调节装置（11）上；高度调节装置（11）落在微调底座（12）上。

2.根据权利要求1所述的相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统，其特征在于：所述准直光源模块还包括减震隔离带（1），光学支架架设在被减震隔离带（1）包围的地面上，准直光源模块摆放至炮位端，调节精密位移台（2），使平行光源（3）的光束与弹道线重合。

3.根据权利要求1所述的相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统，其特征在于：所述平行光源（3）、光学靶标（4）、半透半反镜（7）、田字网格（8）和PSD位置探测系统（9）共光轴设置。

4.根据权利要求1所述的相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统，其特征在于：所述平行光源（3）数量为1，PSD位置探测系统（9）数量为1，光学靶标（4）数量为1。

5.根据权利要求1所述的相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统，其特征在于：所述六自由度平台（10）选用六轴并联机器人，其上平台中心开有方孔，所述方孔与田字网格（8）的底面尺寸相等；站间移动模块采用轮式移动车（5）。

6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统的调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将平行光源（3）固定在精密位移台（2）上，精密位移台（2）设置在光学支架上，准直光源模块设置在炮位端，调节精密位移台（2）使平行光源（3）的光束与弹道线重合；

步骤2、以平行光源（3）的光束为依据，调整光学靶标（4）位置，使得平行光源（3）发出的光束从光学靶标（4）中心穿过；

步骤3、调节田字网格（8）位置，使得平行光源（3）的光束与田字网格（8）的轴线重合；

步骤4、通过水平泡（6）检测田字网格（8）水平状态，调整田字网格（8）滚转角，使得水平泡（6）指示气泡位于水平泡中间；此时，田字网格（8）作为阴影照相站相机标定物质。

7.根据权利要求6所述的相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统的调试方法，其特征在于：所述步骤3中，调节平行光源（3）的光束与田字网格（8）的轴线重合，具体步骤如下：

步骤3-1、平行光源（3）的光束从光学靶标（4）中心穿过，照射在半透半反镜（7）表面上，形成反射光束和透射光束；

步骤3-2、反射光束在光学靶标（4）上形成反射光斑，调整田字网格（8）空间俯仰角、偏航角，使得反射光斑与光学靶标（4）中心重合；

步骤3-3、透射光束照射在PSD位置探测系统（9）上，通过六自由度平台（10）平移田字网格（8），使得透射光束光斑落在PSD位置探测系统（9）中心。

8.根据权利要求6所述的相机光轴竖直正交的阴影照相站校准系统的调试方法，其特征在于：所述准直光源模块还包括减震隔离带（1），光学支架架设在被减震隔离带（1）包围的地面上，准直光源模块设置在炮位端，调节精密位移台（2），使平行光源（3）的光束与弹道线重合。

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