CN109612581B - 一种自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于强激光光束参数测量技术领域，涉及一种自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，包括漫反射板、第一相机和第一反射镜；漫反射板垂直于入射激光束的光轴设置，漫反射板上开有第一光阑孔，第一相机设置在漫反射板背光面一侧且正对第一光阑孔的位置处，第一反射镜设置在漫反射板迎光面一侧且正对第一光阑孔的位置处；第一反射镜与漫反射板呈倾斜角度设置，使得第一相机通过第一反射镜可对漫反射板的迎光面成像。解决了相机易被激光辐照损坏的问题。

Description

一种自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置

技术领域

本发明属于强激光光束参数测量技术领域，涉及一种自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置。

背景技术

强激光的光束时空分布参数是表征激光性能的重要参数。在光束时空分布参数测量中，漫反射成像法是一种常用的手段。其基本原理如图1所示，当一束大面积光斑的激光1入射到金属漫反射屏2上时，会被屏表面向2π方向散射，利用工作于入射激光波段的相机成像系统5，对受激光辐照的漫反射屏表面光场进行连续成像测量，可以得到入射激光束辐照度分布的时间和空间信息，具有系统结构简单、操作使用方便、空间分辨力高等优点。漫反射成像法通常是将强激光垂直入射至漫反射屏上，用添加不同系数光衰减片的相机对漫反射屏成像，从成像的角度而言，相机的光轴应垂直于漫反射屏才能确保图像质量。但在具体实施中对于大光斑的激光束而言，需要将相机偏离光轴一定的位置并倾斜拍摄漫反射屏的图像，才能实现对相机的激光防护，避免强激光测量过程中对相机的辐照损坏，因此在实际操作中会出现为了拍摄得到无角度畸变的光斑图像而将相机尽量靠近光路，结果相机被激光辐照致损；同时会带来另一个问题，由于相机需要对光斑图像倾斜一个角度成像，导致光斑图像的畸变和失真，需要进行图像的畸变校正。

发明内容

为了解决相机易被激光辐照损坏的问题，本发明提出了一种自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，通过在光路上设置反射镜，并将漫反射板开孔，实现了相机的有效防护。

本发明的技术方案如下提供一种自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，其特殊之处在于：包括漫反射板、第一相机和第一反射镜；

上述漫反射板垂直于入射激光束的光轴设置，漫反射板上开有第一光阑孔，第一相机设置在漫反射板背光面一侧且正对第一光阑孔的位置处，第一反射镜设置在漫反射板迎光面一侧且正对第一光阑孔的位置处；

上述第一反射镜与漫反射板呈倾斜角度设置，使得第一相机通过第一反射镜可对漫反射板的迎光面成像。

进一步地，漫反射板采用铝板制成，迎光面经过喷砂处理为漫反射面。

进一步地，第一相机前设置有光学衰减片。

进一步地，为了不遮挡相机视场，第一光阑孔的直径大于第一相机的镜头尺寸。

进一步地，第一反射镜与漫反射板的夹角为30-60°。

进一步地，第一反射镜与漫反射板的夹角为45°。

进一步地，为了将上述测量装置集成为一体化结构，上述测量装置还包括底板，第一相机、漫反射板和第一反射镜均固定在底板上。

进一步地，上述测量装置还包括第二相机与第二反射镜，上述漫反射板上还开有第二光阑孔，上述第二光阑孔与第一光阑孔分处于漫反射板相对称的两侧；第二相机设置在漫反射板背光面正对第二光阑孔的位置处，第二反射镜设置在漫反射板迎光面正对第二光阑孔的位置处，上述的第二反射镜与漫反射板呈倾斜角度设置，使得第二相机通过第二反射镜可对漫反射板的迎光面成像。

进一步地，上述测量装置还包括与第一相机和/或第二相机相连接的处理终端，实现光斑图像的处理和显示，具体图像处理过程可以利用现有技术中公开的处理方法实现。

进一步地，处理终端获取第一相机和第二相机的图像后进行分割融合处理得到光斑图像。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过在漫反射板上设置光阑孔，将相机隐藏在光阑孔的背面，并采用反射镜进行反射成像的方案，实现了相机防激光辐照保护条件下的激光光斑漫反射成像；

2、本发明相机、反射镜和漫反射板可以集成为一体化结构，克服了原有漫反射测量系统现场实施中漫反射板和相机摆放位置不确定，而对光斑图像处理和校准带来的不一致问题，同时简化了校准步骤，最终提高了测量结果的可信度。

3、本发明提出的双通道漫反射测量系统的方案，采用双相机通过对应的两只反射镜获取漫反射板上相同成像区域的图像，并在后续光斑处理中采用图像分割后融合的方案，从而减小了倾斜角度大面积成像中因光斑图像畸变带来的分辨力下降问题。与传统的单通道成像系统相比，提高了光斑成像精度。

附图说明

图1为背景技术中现有的漫反射成像法强激光测量原理图；

图2为本发明的带有防护功能的漫反射成像激光测量系统原理示意图；

图3为本发明的集成式漫反射成像激光测量系统结构示意图；

图4为本发明棋盘格校正的原理示意图；

图5为本发明双通道漫反射成像激光测量系统原理示意图；

图6为本发明的倾斜角度成像下棋盘格图像畸变校正原理示意图；

图7为本发明双通道漫反射成像的图像分割、融合和畸变校准原理示意图；

附图标记为：1-入射激光束；2-漫反射板；3-漫反射光线；4-成像区；5-第一反射镜；6-第一相机；7-第一光阑孔；8-处理终端；9-底板；10-分割线；15-第二反射镜；16-第二相机；17-第二光阑孔；

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。

实施例一

如图2和图3所示，本实施例的漫反射成像强激光参数测量装置，包括漫反射板2、第一相机6和第一反射镜5，漫反射板2垂直于入射激光束1的光轴设置，包括迎光面和背光面，本实施例中漫反射板2采用铝合金制成，迎光面经喷砂后形成漫反射面。在漫反射板2上开有第一光阑孔7，第一光阑孔7靠近漫反射板2的一个侧边，第一相机6设置在漫反射板背光面正对第一光阑孔7的位置处，镜头前安装有大倍数的光学衰减片，实现强光衰减。第一光阑孔7的直径大于第一相机6的镜头尺寸，工作中应大于或等于不遮挡相机视场的最低尺寸要求，第一反射镜5设置在漫反射板2迎光面正对第一光阑孔7的位置处，相机与光阑孔的距离应满足能完整看到设定的漫反射屏取样区域，使得第一相机6通过第一反射镜5可对漫反射板2的迎光面成像。第一反射镜5与漫反射板呈30-60°的倾斜角度设置，优选45°夹角。

图中显示第一光阑孔7在漫反射板2的底边，实际应用中可以设置在漫反射板2的任意一个侧边，只要对反射镜的位置进行相应的调整即可。传统的漫反射测量系统采用相机和漫反射板分体结构，每次试验时需要重新摆放和调整相机的位置和与漫反射板之间的角度，并重新进行标校。本实施例通过将相机后置，可有效解决相机强光防护的难题，减小测量系统的整体尺寸，利于测量系统的仪器化设计，同时相机、反射镜和漫反射板可以集成为一体化结构，即如图3所示，第一相机6、漫反射板2及第一反射镜5均固定在底板9上，一次校正完毕后即可延续使用，提高了工作效率。

漫反射测量系统在应用中由于CCD相机光敏面与散射屏平面之间具有一定夹角，使得本来为正方形图形的图像，在CCD上成像为梯形，同时相机镜头会引入一定的成像畸变,测量得到的光斑图像存在畸变现象，故采用棋盘格板进行光斑图像自动定标及畸变校正,而且距离CCD越远的位置，畸变越大。采用棋盘格板作为定标板,利用图像处理算法找出各网格角点作为特征点,通过排序算法对特征点进行重新排序以确定其校正后的新坐标,构建特征点新坐标到原坐标的映射关系多项式,利用迭代法求解多项式系数的最小二乘解,最后对校正后图像中每一点,求出其在原图像中的映射位置,利用双线性插值法计算其灰度值,从而得到校正后的新图像。由于棋盘格板具有角点特征明确的特点,且由夹角和镜头广角带来的成像畸变具有一定的连续性和较小的扭转畸变,因此可通过设计算法实现对光斑形状畸变的自动校正。

如图4所示，系统集成后，将棋盘格定标板置于漫反射屏取样区域，相机拍摄定标板的图像，获取斜视场拍摄导致的形状畸变的修正矩阵，用于光斑数据处理的形状畸变校正。

实施例二

如图5所示，作为进一步的实施方案，本实施例提出了一种双通道漫反射成像系统，在漫反射板2上与第一光阑孔7相对的另一侧设置有第二光阑孔17，第一光阑孔7和第二光阑孔可以上下对称设置,也可以左右对称设置,图5中给出了上下方向设置的实例。第二相机16设置在漫反射板背光面正对第二光阑孔17的位置处，第二反射镜15设置在漫反射板2迎光面正对第二光阑孔17的位置处，第二反射镜15与漫反射板2呈倾斜角度设置，使得第二相机16通过第二反射镜15可对漫反射板2的迎光面成像。第一相机6和第二相机16的数据均进入处理终端8，进行数据融合处理。

如图6和图7所示，棋盘格定标板的中心设置有分割线标记，测试中两只相机分别拍摄定标板图像，并识别出分割线在每只相机上的像素位置。由于倾斜拍摄的原因，根据前述理由，图6的正方形棋盘格成像为梯形，且相机6和相机16因为摆放位置的原因，两个梯形正好倒置，距离相机越远的位置，畸变越大；故在数据融合中，以分割线为界，取第一相机6的上半部分图像和第二相机16的下半部分图像，并进行图像融合，由于只选择了畸变较小的半部分图像，故与前面的单通道相比，可以大大减小畸变的校正工作量，甚至当角度参数设置合理的情况下，可以忽略倾斜角度拍摄带来的畸变影响，提高光斑图像测量精度。

Claims (7)

1.一种自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，其特征在于：包括漫反射板(2)、第一相机(6)和第一反射镜(5)；

所述漫反射板(2)垂直于入射激光束(1)的光轴设置，漫反射板(2)上开有第一光阑孔(7)，第一相机(6)设置在漫反射板(2)背光面一侧且正对第一光阑孔(7)的位置处，第一反射镜(5)设置在漫反射板(2)迎光面一侧且正对第一光阑孔(7)的位置处；

所述第一反射镜(5)与漫反射板(2)呈倾斜角度设置，使得第一相机(6)通过第一反射镜(5)可对漫反射板(2)的迎光面成像；

还包括第二相机(16)与第二反射镜(15)，所述漫反射板(2)上还开有第二光阑孔(17)，所述第二光阑孔(17)与第一光阑孔(7)分处于漫反射板(2)相对称的两侧；第二相机(16)设置在漫反射板背光面正对第二光阑孔(17)的位置处，第二反射镜(15)设置在漫反射板(2)迎光面正对第二光阑孔(17)的位置处，所述的第二反射镜(15)与漫反射板(2)呈倾斜角度设置，使得第二相机(16)通过第二反射镜(15)可对漫反射板(2)的迎光面成像；还包括与第一相机(6)和第二相机(16)相连接的处理终端(8)，实现光斑图像的处理和显示；处理终端(8)获取第一相机(6)和第二相机(16)的图像后进行分割融合处理得到光斑图像；在融合中，以分割线为界，取第一相机(6)的上半部分图像和第二相机(16)的下半部分图像，进行图像融合。

2.根据权利要求1所述的自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，其特征在于：漫反射板(2)采用铝板制成，迎光面经过喷砂处理为漫反射面。

3.根据权利要求1所述的自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，其特征在于：第一相机(6)前设置有光学衰减片。

4.根据权利要求3所述的自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，其特征在于：第一光阑孔(7)的直径大于第一相机(6)的镜头尺寸。

5.根据权利要求1所述的自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，其特征在于：第一反射镜(5)与漫反射板(2)的夹角为30-60°。

6.根据权利要求5所述的自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，其特征在于：第一反射镜(5)与漫反射板(2)的夹角为45°。

7.根据权利要求1-6任一所述的自带相机防护功能的漫反射成像强激光参数测量装置，其特征在于：还包括底板(9)，第一相机(6)、漫反射板(2)和第一反射镜(5)均固定在底板(9)上。

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