CN110487514A - 一种共孔径多光谱光电探测系统的光轴平行性校准系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共孔径多光谱光电探测系统的光轴平行性校准系统，包括二维转台、控制计算机、光机组件、共孔径组件、第一分光镜、红外反射镜、第二分光镜、激光反射镜、红外热像仪、可见光电视、激光测照器、图像处理板和控制板；二维转台承载固定光机组件；所述控制计算机连接控制板和图像处理板；光机组件用于提供其它组件和元件的安装座；共孔径组件用于提供可见光、红外辐射的共孔径接收；第一分光镜对红外辐射高反；红外反射镜对红外辐射高反；第二分光镜对可见光高透，对激光部分透射；激光反射镜对激光高反；可见光电视包括可切换插入的激光窄带滤光片，可见光电视的探测器具有与激光发射同步曝光成像功能。
Description
技术领域
本发明属于光电探测领域，尤其涉及一种共孔径多光谱光电探测系统的光轴平行性校准系统。
背景技术
多光谱集成的光电探测技术，广泛应用于车载、机载、弹载、舰载和航天器等平台上。多光谱集成的光电探测设备，往往包括可见光电视、微光夜视、中波红外热像仪、长波红外热像仪、激光测距/照射器等，各光谱探测载荷间协同工作，必须保持高度的光轴平行性，保证系统探测和武器打击精度。
针对多光谱光轴平行性校准方法，国内相关单位进行了研究。常见的多光谱光轴平行性校准设备为大口径平行光管，多光谱靶板等放在平行光管焦面上，通过将可见光电视、红外热像仪等探测载荷对多光谱靶板成像视场中心调节至与多光谱靶板上的激光光斑中心重合，达到多光谱光轴校准目的。专利CN201811499210增加了这种系统的口径，专利CN201621031161提高了系统精度，专利CN201720786674、CN201810338318通过图像处理方法，设计了自动化光轴校准系统，免去人工判断偏差，提高校轴效率。以上几种方法只能在实验室或者地面进行，需要复杂的光轴校准设备，无法在各种应用平台上对多光谱设备进行实时校准。专利CN201410100387将短波红外波段的激光光斑追踪仪安装于多光谱系统中，依据激光光斑探测、外界特征目标及图像处理技术，实现多光谱光轴快速校准，无需外部复杂设备，但这种方法需要昂贵的短波红外相机。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种共孔径多光谱光电探测系统的光轴平行性校准系统及方法。
本发明采用的技术方案为，一种共孔径多光谱光电探测系统的光轴平行性校准系统，其特征在于，包括二维转台、控制计算机、光机组件、共孔径组件、第一分光镜、红外反射镜、第二分光镜、激光反射镜、红外热像仪、可见光电视、激光测照器、图像处理板和控制板。
所述二维转台用于承载固定光机组件，并且能够调整光机组件的方位和俯仰角；
所述控制计算机与控制板、图像处理板相连，控制计算机向控制板发送命令，显示经图像处理板输出的可见光电视、红外热像仪视频；
所述光机组件用于提供其它组件和元件的安装座；
所述共孔径组件用于提供可见光、红外辐射的共孔径接收，压缩光束尺寸后以平行光输出，同时兼做激光的发射天线；
所述第一分光镜与共孔径组件出射光轴成45°放置，对红外辐射高反，对可见光和激光高透；
所述红外反射镜置于第一分光镜反射光路中，与第一分光镜平行，对红外辐射高反；
所述第二分光镜置于第一分光镜透射光路中，与第一分光镜垂直，对可见光高透，对激光部分透射；
所述激光反射镜置于第二分光镜反射光路中，与第二分光镜平行，对激光高反；
所述红外热像仪的光轴与红外反射镜反射光路重合，红外热像仪用于提供中波红外图像；
所述可见光电视的光轴与第二分光镜透射光路重合，可见光电视用于提供可见光图像；
所述激光测照器的发射光轴与激光反射镜反射光路重合，激光测照器用于发射激光对目标测距。
所述图像处理板与红外热像仪、可见光电视、控制板相连，用于检测红外图像、可见光图像中的特征目标。
所述控制板连接并控制红外热像仪、可见光电视、激光测照器和图像处理板工作。
所述红外热像仪、可见光电视、激光测照器安装后的光轴平行性为50μrad，并能够通过第一分光镜、红外反射镜、第二分光镜、激光反射镜的安装位置和角度进行调整。
所述可见光电视包括激光窄带滤光片，激光窄带滤光片能够通过电动控制与正常滤光片切换移入或移出成像光路。
所述可见光电视的探测器在激光波段具有光谱响应率不低于5％，可见光电视的探测器具有与激光发射同步曝光成像功能。
所述系统执行如下步骤实现光轴平行性校准：
步骤1，控制计算机向控制板发送命令，控制板控制可见光电视输出可见光视频在控制计算机上显示，调整二维转台改变光机组件整体方向，使可见光电视视频的瞄准十字线对准0.5km～1km远的目标；
步骤2，控制计算机向控制板发送命令，使得控制板控制可见光电视切换插入激光窄带滤光片，并控制激光测照器进行激光照射，激光经激光反射镜、第二分光镜、第一分光镜、共孔径组件后射向目标，激光回波经过接收进入可见光电视，可见光电视输出激光光斑视频到图像处理板；
步骤3，图像处理板对图像中的激光光斑进行检测，得到质心位置像素坐标(X1，Y1)，X1，Y1分别表示质心位置像素的横坐标和纵坐标，输出与可见光电视瞄准十字线位置像素坐标(X0，Y0)之间的偏差(X1-X0，Y1-Y0)，输出到控制板，X0，Y0分别表示十字线位置像素的的横坐标和纵坐标；
步骤4，控制板控制可见光电视调整瞄准十字线位置与激光光斑质心重合，实现可见光电视与激光光轴平行性的校准；
步骤5，控制板控制可见光电视切换出激光窄带滤光片，即电动控制激光窄带滤光片移出，可见光电视输出可见光视频在控制计算机上显示，调整二维转台改变光机组件整体方向，使可见光电视瞄准十字线对准特征目标中心；
步骤6，图像处理板对特征目标(这里的特征目标与步骤1不是同一个目标，与步骤5中的特征目标是同一目标，是特别选择的，具有点、角、交叉线等特征的目标)进行检测，得到特征目标中心位置坐标(X2，Y2)，输出与红外热像仪瞄准十字线位置坐标(X3，Y3)之间的偏差(X2-X3，Y2-Y3)；
步骤7，控制板控制红外热像仪调整瞄准十字线与特征目标中心重合，实现红外热像仪与可见光电视、激光光轴平行性的校准。
有益效果：
1、不需要外部复杂设备，本发明可对共孔径多光谱光电探测系统光轴平行性快速自行校准；
2、避免在共孔径多光谱光电探测系统中增加昂贵的短波红外相机，无需额外增加光电传感器；
3、激光发射和光斑探测共光路，可提高光轴校准精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明系统组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明共孔径多光谱光电探测系统的光轴平行性校准系统，包括二维转台1、控制计算机2、光机组件3、共孔径组件4、第一分光镜5、红外反射镜6、第二分光镜7、激光反射镜8、红外热像仪9、可见光电视10、激光测照器11、图像处理板12、控制板13。所述可见光电视10包括可切换插入的激光窄带滤光片14。
本实施例二维转台1承载和固定光机组件1，可调整方位和俯仰角；控制计算机2与控制板13、图像处理板12相连，向控制板发送命令，显示经图像处理板输出的可见光电视、红外热像仪视频。光机组件3提供其它组件和元件的的安装座；共孔径组件4为卡塞格林无焦同轴三反共光路光学系统，提供小视场可见光、红外辐射的共孔径接收，压缩光束尺寸后以平行光输出，同时兼做激光的发射天线；第一分光镜5与共孔径组件4出射光轴成45°放置，对红外辐射高反，对可见光和激光高透；红外反射镜6置于第一分光镜5透射光路中，与第一分光镜5平行，对红外辐射高反；第二分光镜7置于第一分光镜5透射光路中，与第一分光镜5垂直，对可见光高透，对激光部分透射；激光反射镜8置于第二分光镜7反射光路中，与第二分光镜7平行，对激光高反。
红外热像仪9光轴与红外反射镜6反射光路重合，提供中波红外图像；可见光电视10光轴与第二分光镜7透射光路重合，提供可见光图像；激光测照器11的发射光轴与激光反射镜8反射光路重合，发射激光对目标测距。
图像处理板12与红外热像仪9、可见光电视10、控制板相连，检测红外图像、可见光图像中的特征目标。所述控制板13连接并控制红外热像仪9、可见光电视10、激光测照器11和图像处理板12工作。
红外热像仪9、可见光电视10、激光测照器11安装后的光轴平行性为50μrad，通过第一分光镜5、红外反射镜6、第二分光镜7、激光反射镜8的安装位置和角度进行精细调整。所述可见光电视10包括激光窄带滤光片，激光窄带滤光片可通过电动控制移入或者移出成像光路，所述可见光电视的探测器在激光波段具有光谱响应率不低于5％，具有与激光发射同步曝光成像功能。
本实施例可见光电视10为全局曝光式。本实施例激光测照器11激光波长为1064nm，激光能量适当提高。激光发射与激光接收分离布置。本实施例共孔径多光谱光电探测系统具有单独的大中视场可见光电视、非制冷红外热像仪。本实施例共孔径多光谱光电探测系统光轴平行性校准方法，包括以下步骤：
a)控制计算机向控制板发送命令，控制板控制可见光电视输出可见光视频在控制计算机上显示，调整二维转台改变光机组件整体方向，使可见光电视视频的瞄准十字线对准0.5km～1km远的目标；
b)控制计算机向控制板发送命令，控制板控制可见光电视切换插入激光窄带滤光片，并控制激光测照器进行激光照射，激光经激光反射镜、第二分光镜、第一分光镜、共孔径组件后射向目标，激光回波经过接收进入可见光电视，可见光电视输出激光光斑视频到图像处理板；
c)图像处理板对图像中的激光光斑进行检测，得到质心位置像素坐标(X1，Y1)，输出与可见光电视瞄准十字线位置像素坐标(X0，Y0)之间的偏差(X1-X0，Y1-Y0)，输出到控制板；
d)控制板控制可见光电视调整瞄准十字线位置与激光光斑质心重合，实现可见光电视与激光光轴平行性的校准；
e)控制板控制可见光电视切换出激光窄带滤光片，可见光电视输出可见光视频在控制计算机上显示，调整二维转台改变光机组件整体方向，使可见光电视瞄准十字线对准特征目标中心；
f)图像处理板对特征目标进行检测，得到特征目标中心位置坐标(X2，Y2)，输出与红外热像仪瞄准十字线位置坐标(X3，Y3)之间的偏差(X2-X3，Y2-Y3)；
g)控制板控制红外热像仪调整瞄准十字线与特征目标中心重合，实现红外热像仪与可见光电视、激光光轴平行性的校准。
本发明提供了一种共孔径多光谱光电探测系统的光轴平行性校准系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种共孔径多光谱光电探测系统的光轴平行性校准系统，其特征在于，包括二维转台、控制计算机、光机组件、共孔径组件、第一分光镜、红外反射镜、第二分光镜、激光反射镜、红外热像仪、可见光电视、激光测照器、图像处理板和控制板。
所述二维转台用于承载固定光机组件，并且能够调整光机组件的方位和俯仰角；
所述控制计算机与控制板、图像处理板相连，控制计算机向控制板发送命令，显示经图像处理板输出的可见光电视、红外热像仪视频；
所述光机组件用于提供其它组件和元件的安装座；
所述共孔径组件用于提供可见光、红外辐射的共孔径接收，压缩光束尺寸后以平行光输出，同时兼做激光的发射天线；
所述第一分光镜与共孔径组件出射光轴成45°放置，对红外辐射高反，对可见光和激光高透；
所述红外反射镜置于第一分光镜反射光路中，与第一分光镜平行，对红外辐射高反；
所述第二分光镜置于第一分光镜透射光路中，与第一分光镜垂直，对可见光高透，对激光部分透射；
所述激光反射镜置于第二分光镜反射光路中，与第二分光镜平行，对激光高反；
所述红外热像仪的光轴与红外反射镜反射光路重合，红外热像仪用于提供中波红外图像；
所述可见光电视的光轴与第二分光镜透射光路重合，可见光电视用于提供可见光图像；
所述激光测照器的发射光轴与激光反射镜反射光路重合，激光测照器用于发射激光对目标测距。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像处理板与红外热像仪、可见光电视、控制板相连，用于检测红外图像、可见光图像中的特征目标。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制板连接并控制红外热像仪、可见光电视、激光测照器和图像处理板工作。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述红外热像仪、可见光电视、激光测照器安装后的光轴平行性为50μrad，并能够通过第一分光镜、红外反射镜、第二分光镜、激光反射镜的安装位置和角度进行调整。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述可见光电视包括激光窄带滤光片，激光窄带滤光片能够通过电动控制与正常滤光片切换移入或移出成像光路。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述可见光电视的探测器在激光波段具有光谱响应率不低于5％，可见光电视的探测器具有与激光发射同步曝光成像功能。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统执行如下步骤实现光轴平行性校准：
步骤1，控制计算机向控制板发送命令，控制板控制可见光电视输出可见光视频在控制计算机上显示，调整二维转台改变光机组件整体方向，使可见光电视视频的瞄准十字线对准0.5km～1km远的目标；
步骤2，控制计算机向控制板发送命令，使得控制板控制可见光电视切换插入激光窄带滤光片，并控制激光测照器进行激光照射，激光经激光反射镜、第二分光镜、第一分光镜、共孔径组件后射向目标，激光回波经过接收进入可见光电视，可见光电视输出激光光斑视频到图像处理板；
步骤3，图像处理板对图像中的激光光斑进行检测，得到质心位置像素坐标(X1，Y1)，输出与可见光电视瞄准十字线位置像素坐标(X0，Y0)之间的偏差(X1-X0，Y1-Y0)，输出到控制板；
步骤4，控制板控制可见光电视调整瞄准十字线位置与激光光斑质心重合，实现可见光电视与激光光轴平行性的校准；
步骤5，控制板控制可见光电视切换出激光窄带滤光片，即电动控制激光窄带滤光片移出，可见光电视输出可见光视频在控制计算机上显示，调整二维转台改变光机组件整体方向，使可见光电视瞄准十字线对准特征目标中心；
步骤6，图像处理板对特征目标进行检测，得到特征目标中心位置坐标(X2，Y2)，输出与红外热像仪瞄准十字线位置坐标(X3，Y3)之间的偏差(X2-X3，Y2-Y3)；
步骤7，控制板控制红外热像仪调整瞄准十字线与特征目标中心重合，实现红外热像仪与可见光电视、激光光轴平行性的校准。
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