CN110657961B - 一种变焦相机光轴晃动量的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于变焦相机的参数测量方法，为了解决现有技术中变焦相机光轴晃动量测量方法涉及测量设备多导致成本高，以及测量过程复杂和耗时长的技术问题，提供一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，具体为：选定靶标，固定变焦相机，调节变焦相机至预设焦距；调整变焦相机，使变焦相机的光轴中心位置对准靶标中心，记录所述靶标中心到变焦相机中心处的第一横向脱靶量x₀和第一纵向脱靶量y₀；按预设角度间隔旋转变焦相机，分别记录靶标中心到变焦相机中心处的横向脱靶量x_n和纵向脱靶量y_n；对所得横向脱靶量和纵向脱靶量分别进行傅里叶变换，得到的二阶分量x_a和y_a，计算得到的

即为该变焦相机在所述预设焦距下的光轴晃动量。

Description

一种变焦相机光轴晃动量的测量方法

技术领域

本发明属于变焦相机的参数测量方法，具体涉及一种变焦相机光轴晃动量的测量方法。

背景技术

变焦光学系统一般由固定组、变倍组和补偿组三部分组成，变倍组和补偿组沿导轨或凸轮按特定规律运动，实现焦距的连续变化和像面的稳定，变倍组和补偿组沿导轨或凸轮运动时，由于导轨和凸轮加工、装配误差而使变倍组和补偿组与导轨和凸轮存在一定的间隙，该间隙不可避免，一般小于0.01mm-0.02mm。当变焦相机的安装方向与重力方向发生变化时，即使焦距不动，光轴依然会发生变化，而且在光电稳定平台中，变焦相机会随着安装平台的位置变化而发生变化。

如上所述，对变焦相机而言，光轴晃动量是由变倍组和补偿组与导轨和凸轮之间的间隙引起的。镜头装配好后，间隙量基本确定，导致光轴的晃动量基本是定值，不依赖焦距变化而变。但变焦相机的视场随着焦距的变化而变化，当变焦相机处在大视场时，即焦距较小时，光轴晃动量与视场的比值很小，因此光轴晃动量几乎可以忽略，从图像上看不出来。而当变焦相机处在小视场时，即焦距较长时，光轴晃动量与视场的比值会很大，变大的倍数由变焦相机的光学变倍数决定。例如，对30倍的光学变焦系统而言，光轴晃动量与视场的比值在小视场时的值就比在大视场时增大30倍，因此，晃动量在小视场时，即长焦距时很容易从图像中看出来。

对于光电稳定平台，其内部需要安装不同的光学载荷，载荷间的光轴会调试到相互平行状态，光学载荷在光电稳定平台工作的时候，俯仰会发生变化，即安装方向和重力方向的夹角会发生变化。当变焦相机的光轴自身的晃动量过大时，变焦相机的光轴就会出现不平行，在远距离瞄准的时候，瞄准的目标就会出现较大的偏差。因此，需要在安装前挑选出光轴晃动量较小的相机，或者在安装前测量光轴的晃动量，在安装后进行补偿。但无论是采取上述的哪种方式，均需要对变焦相机的光轴晃动量进行测量。

目前，对于变焦相机在指定焦距下的光轴晃动量的测量，一般是先将变焦相机在指定焦距下的光轴用激光器进行标定，将其标定成平行状态，作为一个整体放在平行光管前，变换不同的安装角度，测量激光光斑在变焦相机上的最大脱靶量，即为相机在指定焦距下的光轴晃动量。但这种方法的标定和测量过程较为复杂，并且该方法在测量过程中涉及较多的测量设备，造成测量时间较长、成本较高。

发明内容

本发明的主要目的是在于解决现有技术中变焦相机光轴晃动量测量方法涉及测量设备多导致成本高，以及测量过程复杂和耗时长的技术问题，提供一种变焦相机光轴晃动量的测量方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1，选定靶标，固定变焦相机，调节变焦相机至预设焦距；

步骤2，调整变焦相机，使变焦相机的光轴中心位置对准靶标中心，记录所述靶标中心到变焦相机中心处的第一横向脱靶量x₁和第一纵向脱靶量y₁；

步骤3，按预设角度间隔旋转变焦相机i次，分别记录每次靶标中心到变焦相机中心处的横向脱靶量x_n和纵向脱靶量y_n，其中，i为正整数，1≤n≤i，n为整数；

步骤4，对步骤2中的第一横向脱靶量x₁和步骤3中的i组横向脱靶量x_n进行傅里叶变换得到横向脱靶量的二阶分量x_a，对步骤2中的第一纵向脱靶量y₀和步骤3中的i组纵向脱靶量y_n进行傅里叶变换得到纵向脱靶量的二阶分量y_a；

步骤5，计算公式

得到的数值即为该变焦相机在所述预设焦距下的光轴晃动量。

上述步骤4中计算得到的x_a和y_a即光轴晃动量在横向和纵向的分量。因此，为计算光轴晃动量需要对其采用向量相加的方法进行合成，合成后的结果即是光轴跳动量。

进一步地，步骤1中，所述选定靶标，固定变焦相机具体为，选定楼角或塔尖为靶标，将变焦相机固定于相机安装座；所述相机安装座安装于立式分度台上，立式分度台连接于二维调整架上，立式分度台的转轴与变焦相机的光轴平行。上述方法通过立式分度台的台面旋转进而旋转变焦相机的光轴；二维调整架更方便于对立式分度台与大地的水平面的垂直度进行调整。

进一步地，所述立式分度台的精度大于等于30′，测量范围为0-360°。

进一步地，所述立式分度台的台面与大地水平面的夹角为89-91°。

进一步地，所述立式分度台的转轴与变焦相机的光轴平行度为预设焦距下的视场角的三分之一。

进一步地，步骤3中，所述预设角度为30°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的变焦相机光轴晃动量的测量方法，记录变焦相机转动一周不同位置的横向脱靶量和纵向脱靶量，通过傅里叶变换直观简便的测量得到变焦相机的光轴晃动量，可测量在任意指定焦距下的光轴稳定性，测量过程简易高效。

2.本发明借助安装于立式分度台上的相机安装座，能够方便准确的完成变焦相机的旋转；立式分度台安装在二维调整架上，便于调整立式分度台的台面与大地水平面的垂直度，使操作更加方便。该适用于测量方法的测量装置结构简单，无需标定。

3.本发明在测量时变焦相机按30°间隔旋转，既能保证测量精度，又不至于取值过多影响测量效率。

附图说明

图1为本发明实施例一中变焦相机的安装结构示意图。

其中，1-相机安装座；2-立式分度台；3-二维调整架；4-变焦相机；5-靶标。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

变焦相机一般由固定组、变倍组和补偿组三部分组成，变倍组和补偿组沿导轨和凸轮按特定的规律运动，实现焦距的连续变化和像面的稳定。变倍组和补偿组沿导轨和凸轮运动时，由于导轨和凸轮的加工和装配误差而使变倍镜组和补偿镜组与导轨和凸轮存在一定的间隙，该间隙不可避免。当镜头的安装方向与重力角度发生变化时，因存在间隙，导致变倍镜组和补偿镜组产生位移，即使焦距不动，光轴依然变化，就将带来光轴晃动。因此，需要一种简便高效的方法测量相应的光轴晃动量。

实施例一

如图1，一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，具体步骤如下：

步骤1，选定楼角为靶标5，将立式分度台2固定于二维调整架3上，立式分度台2的台面竖直，将变焦相机4固定在立式分度台2台面上的相机安装座1上，使立式分度台2的转轴与变焦相机4的光轴平行，平行度为预设焦距下视场角的三分之一，再调节变焦相机至预设焦距；

步骤2，通过二维调整架3调整变焦相机4的光轴，使光轴的中心位置对准楼角，记录楼角到变焦相机4中心处的第一横向脱靶量x₀和第一纵向脱靶量y₀；

步骤3，按30°角度间隔旋转立式分度台2的台面，进而旋转变焦相机4，共计11次，分别记录楼角到变焦相机4中心处的横向脱靶量x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇、x₈、x₉、x₁₀和x₁₁和纵向脱靶量y₁、y₂、y₃、y₄、y₅、y₆、y₇、y₈、y₉、y₁₀、y₁₁；变焦相机4旋转一周，包含步骤2的第一横向脱靶量x₀和第一纵向脱靶量y₀，共测量记录12次；

步骤4，对横向脱靶量x₀、x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇、x₈、x₉、x₁₀和x₁₁进行傅里叶变换，得到横向脱靶量的二阶分量x_a；对纵向脱靶量y₀、y₁、y₂、y₃、y₄、y₅、y₆、y₇、y₈、y₉、y₁₀、y₁₁进行傅里叶变换，得到纵向脱靶量的二阶分量y_a；

步骤5，计算公式

得到的数值即为该变焦相机在所述预设焦距下的光轴晃动量。

实施例二

如图1，一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，具体步骤如下：

步骤1，选定塔尖为靶标5，将立式分度台2固定于二维调整架3上，立式分度台2的台面竖直，将变焦相机4固定在立式分度台2台面上的相机安装座1上，使立式分度台2的转轴与变焦相机4的光轴平行，平行度为待测量视场角的三分之一，再调节变焦相机至预设焦距；

步骤2，通过二维调整架3调整变焦相机4的光轴，使光轴的中心位置对准塔尖，记录塔尖到变焦相机4中心处的第一横向脱靶量x₀和第一纵向脱靶量y₀；

步骤3，按20°角度间隔旋转立式分度台2的台面，进而旋转变焦相机4，共计17次，分别记录塔尖到变焦相机4中心处的横向脱靶量x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇、x₈、x₉、x₁₀、x₁₁、x₁₂、x₁₃、x₁₄、x₁₅、x₁₆、x₁₇和纵向脱靶量y₁、y₂、y₃、y₄、y₅、y₆、y₇、y₈、y₉、y₁₀、y₁₁、y₁₂、y₁₃、y₁₄、y₁₅、y₁₆、y₁₇；变焦相机4旋转一周，包含步骤2的第一横向脱靶量x₀和第一纵向脱靶量y₀，共测量记录12次；

步骤4，对横向脱靶量x₀、x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇、x₈、x₉、x₁₀、x₁₁、x₁₂、x₁₃、x₁₄、x₁₅、x₁₆、x₁₇进行傅里叶变换，得到横向脱靶量的二阶分量x_a；对纵向脱靶量，对纵向脱靶量y₀、y₁、y₂、y₃、y₄、y₅、y₆、y₇、y₈、y₉、y₁₀、y₁₁、y₁₂、y₁₃、y₁₄、y₁₅、y₁₆、y₁₇进行傅里叶变换，得到纵向脱靶量的二阶分量y_a；

步骤5，计算公式

得到的数值即为该变焦相机在所述预设焦距下的光轴晃动量。

上述步骤4中计算得到的x_a和y_a即光轴晃动量在横向和纵向的分量。因此，为计算光轴晃动量需要对其采用向量相加的方法进行合成，合成后的结果即是光轴跳动量。

上述的二维调整架3具有侧倾和俯仰两个方向的调节功能，其中为确保测量方法的准确性，涉及的立式分度台2精度不能低于30′，测量范围在0-360°；另外，竖直放置的立式分度台2的台面需调整到与铅锤面的夹角小于1°。

虽然实施例一和实施例二中均为变焦相机4旋转一周，记录每预设角度的横向脱靶量和纵向脱靶量，但若不是旋转一周也可以采取上述方法进行测量计算，只是旋转一周的测量结果更加准确。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，选定靶标，固定变焦相机，调节变焦相机至预设焦距；

步骤2，调整变焦相机，使变焦相机的光轴中心位置对准靶标中心，记录所述靶标中心到变焦相机中心处的第一横向脱靶量x₀和第一纵向脱靶量y₀；

步骤3，按预设角度间隔旋转变焦相机i次，分别记录每次靶标中心到变焦相机中心处的横向脱靶量x_n和纵向脱靶量y_n，其中，i为正整数，1≤n≤i，n为整数；

步骤4，对步骤2中的第一横向脱靶量x₀ 和步骤3中的i组横向脱靶量x_n进行傅里叶变换得到横向脱靶量的二阶分量x_a，对步骤2中的第一纵向脱靶量y₀和步骤3中的i组纵向脱靶量y_n进行傅里叶变换得到纵向脱靶量的二阶分量y_a；

步骤5，计算公式

得到的数值即为该变焦相机在所述预设焦距下的光轴晃动量。

2.如权利要求1所述的一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，其特征在于：步骤1中，所述选定靶标，固定变焦相机具体为，选定楼角或塔尖为靶标(5)，将变焦相机(4)固定于相机安装座(1)；所述相机安装座(1)安装于立式分度台(2)上，立式分度台(2)连接于二维调整架(3)上，立式分度台(2)的转轴与变焦相机(4)的光轴平行。

3.如权利要求2所述的一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，其特征在于：所述立式分度台(2)的精度大于等于30′，测量范围为0-360°。

4.如权利要求3所述的一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，其特征在于：所述立式分度台(2)的台面与大地水平面的夹角为89-91°。

5.如权利要求4所述的一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，其特征在于：所述立式分度台(2)的转轴与变焦相机(4)的光轴平行度为预设焦距下视场角的三分之一。

6.如权利要求1或5所述的一种变焦相机光轴晃动量的测量方法，其特征在于：步骤3中，所述预设角度为30°。

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