CN111504613B - 一种激光器光轴标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光器光轴标定方法及系统，包括：为激光器偏转镜设置偏转系数初值，并选择激光器光轴标定测试的候选点；针对每个候选点，通过发射高能激光，得到候选点位置坐标；基于所述激光器偏转镜的偏转系数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数；通过计算图像中心和打击位置的像素位置偏差，自动推算偏光镜X轴、Y轴的偏差，实现高效准确的激光器光轴标定，减少时间成本和对经验知识的依赖；本发明提供的方案，无需建立偏转镜偏转角系数与图像坐标之间的几何模型，实现难度低；同时本发明提供的激光器光轴微调算法，能较快收敛并快速找到光轴偏转镜偏转系数。

Description

一种激光器光轴标定方法及系统

技术领域

本发明涉及激光器标定领域，具体涉及一种激光器光轴标定方法及系统。

背景技术

在低空防御系统中，高功率激光器是对具有威胁性的地空慢速小目标的有效反制手段。激光器的精准打击依赖于内部坐标系的精确建立，使其与光学摄像头的图像坐标相吻合，这一过程需要通过激光器光轴标定完成。

在激光器光轴标定过程中，每一路激光器需要两个点的信息，包括激光打击点与发射器位置的距离D，偏光镜X轴偏转系数，Y轴偏转系数。这两个点的信息应当是在激光打击点与图像坐标原点重合的状态下获取。通常，激光打击点与发射器位置的距离D可用激光器系统的激光测距机获取，或通过定标系统的其他测量方法获取。X轴偏转系数和Y轴偏转系数有出厂设置，需要根据激光打击点与图像坐标原点的相对位置进行微调。该微调过程通常需要丰富的经验，且需要较长的时间，不断进行尝试改进，需要花费大量时间和精力。

发明内容

为了解决现有技术中根据激光打击点与图像坐标原点的相对位置进行微调的技术问题，本发明提供一种激光器光轴标定方法，包括：

为激光器偏转镜设置偏转系数初值，并选择激光器光轴标定测试的候选点；

针对每个候选点，通过发射高能激光，得到候选点位置坐标；

基于所述激光器偏转镜的偏转系数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数；

其中，所述偏转系数包括：激光器偏转镜X轴偏转系数和Y轴偏转系数。

优选的，所述基于所述激光器偏转镜的偏转系数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数，包括：

1)对偏转镜偏转系数初值进行调整；

2)基于所述候选点，通过发射高能激光，得到所述候选点对应的激光点坐标；

3)当所述激光点坐标和候选点位置坐标的距离小于设定阈值时，则将调整后的偏转镜偏转系数设为激光器光轴偏转系数并结束执行；否则：

4)计算预估斜率和预估步长；

5)将调整后的偏转系数设定为偏转镜初始参数，将激光点坐标设定为候选点位置坐标，执行步骤2)。

优选的，所述对偏转镜偏转系数进行调整，包括：

为步长设置初始值；

基于所述步长、所述激光器偏转镜系数初值以及候选点坐标对偏转镜偏转系数进行调整。

优选的，所述偏转镜偏转系数按下式进行调整：

式中，A_x和A_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴的偏转系数初值，A′_x和A′_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴调整 后的偏转系数，P_x和P_y分别为候选点位置坐标，P′_x和P′_y分别为候选点对应的激光点坐标，S_x和S_y分别沿X轴和Y轴方向的步长。

优选的，所述预估斜率的计算式如下：

式中，a_x和a_y分别为沿X轴和Y轴方向上的预估斜率，A_x和A_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴的偏转系数初值，A′_x和A′_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴调整 后的偏转系数，P_x和P_y分别为候选点位置坐标，P′_x和P′_y分别为候选点对应的激光点坐标。

优选的，所述预估步长的计算式如下：

式中，S_x和S_y分别沿X轴和Y轴方向的预估步长。

优选的，所述阈值的设定包括：

候选点对应的激光点坐标距离候选点坐标的距离小于2.5个像素距离，并且在x轴和y轴两个方向上候选点对应的激光点坐标距离候选点坐标的距离均小于2个像素。

优选的，所述为激光器偏转镜设置偏转系数初始值，包括：

将出厂设置或者之前设置的激光器偏转镜参数作为所述偏转系数的初始值。

优选的，所述候选点为两个。

基于同一种发明构思，本发明还提一种激光器光轴标定系统，包括：

初始化模块，用于为激光器偏转镜设置偏转系数初始值，并选择激光器光轴标定测试的候选点；

中点位置确定模块，用于针对每个候选点，通过发射高能激光，得到候选点位置坐标；

激光器光轴偏转系数计算模块，用于基于所述激光器偏转镜初始参数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数；

其中，所述偏转系数包括：激光器偏转镜X轴偏转系数和Y轴偏转系数。

本发明的有益效果：

1、本发明提供一种激光器光轴标定方法及系统，包括：为激光器偏转镜设置偏转系数初值，并选择激光器光轴标定测试的候选点；针对每个候选点，通过发射高能激光，得到候选点位置坐标；基于所述激光器偏转镜的偏转系数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数；其中，所述偏转系数包括：激光器偏转镜X轴偏转系数和Y轴偏转系数；通过计算图像中心和打击位置的像素位置偏差，自动推算偏光镜X轴、Y轴的偏差，实现高效准确的激光器光轴标定，减少时间成本和对经验知识的依赖；

2、本发明提供一种激光器光轴标定方法及系统，无需建立偏转镜偏转角系数与图像坐标之间的几何模型，实现难度低；

3、本发明提供一种激光器光轴标定方法及系统中提供的激光器光轴微调算法，能较快收敛并快速找到光轴偏转镜偏转系数A_x和A_y。

附图说明

图1为本发明的一种激光器光轴标定方法流程图；

图2为激光器理想光轴与实际光轴对比图；

图3为实施例1中激光器光轴标定流程；

图4为实施例1中激光器偏转镜偏转系数微调算法；

图5为本发明一种激光器光轴标定系统结构图。

具体实施方式

现有的激光器光轴标定过程复杂，需要有较为丰富的经验知识，尤其是精准标定，而本发明提供的方法，通过计算图像中心和打击位置的像素位置偏差，自动推算偏光镜X轴、Y轴的偏差，实现高效准确的激光器光轴标定，减少时间成本和对经验知识的依赖。

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1：

如图1所示，本发明提供了一种激光器光轴标定方法，包括：

S1：为激光器偏转镜设置偏转系数初值，并选择激光器光轴标定测试的候选点；

S2：针对每个候选点，通过发射高能激光，得到候选点位置坐标；

S3：基于所述激光器偏转镜的偏转系数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数；

其中，所述偏转系数包括：激光器偏转镜X轴偏转系数和Y轴偏转系数。

如图2所示，平面ABCD为成像平面，z轴为理想的激光器光轴方向，OP为当前激光光轴，与理想光轴方向具有一定偏差。点T为P在yOz平面上的投影，点S为P在xOz平面上的投影。∠TOQ为y轴偏转角，∠SOQ为x轴偏转角。激光器光轴校正的目的就是估计或者减少x轴和y轴的光轴偏转角。

本发明提供的技术方案，实现高效的激光器光轴标定，不需要经验知识，节省时间。该方法整体流程如图3所示，流程描述如下。

第一步：初始化参数：激光器偏转镜X轴偏转系数A_x、Y轴偏转系数A_y初始化为出厂设置或者系统保持的原先值；初始化有效标定点个数K＝0；激光器发射次数C＝0。

第二步：调整光学镜头方向和焦距f，选择合适的位置作为激光器光轴标定测试的候选点。

第三步：使用激光测距机测量激光器与测试候选点之间的距离D。

第四步：发射高能激光，通过鼠标标记激光击中点在图像中的位置，由计算机自动计算标记点图像坐标(P_x,P_y)。

第五步：激光器发射次数计数加一，c＝c+1。

第六步：调用激光器光轴微调算法计算X轴偏转系数A_x和Y轴偏转系数A_y。。

第七步：保存该点的距离信息D和偏转系数A_x和A_y，并增加有效标定点个数计数K＝K+1。

第八步：判断，如果K＝2,则结束标定过程；否则，返回第二步，进行下一个轮标定，确定下一个候选点。

该流程中的核心算法为“激光器光轴微调算法”，通过该算法能够以尽快的速度找到正确的光轴偏转镜偏转系数A_x和A_y。本发明提供的算法对操作人员专业要求更低，无需专家知识和经验；无需建立偏转镜偏转角系数与图像坐标之间的几何模型，实现难度低；算法能较快收敛并快速找到光轴偏转镜偏转系数A_x和 A_y。

激光器光轴微调算法整体流程如图4所示，算法描述如下。

第一步：该算法以初始偏转镜系数A_x和A_y、激光击中点图像坐标P_x和P_y作为输入。

第二步：设置初始步长S_x和S_y均为-0.5。

第三步：计算并设置新的偏转镜偏转系数：

第四步：调整光学镜头方向和焦距f，选择合适的位置作为激光器光轴标定测试的候选点。

第五步：使用激光测距机测量激光器与测试候选点之间的距离D。

第六步：发射高能激光，通过鼠标标记激光击中点在图像中的位置，由计算机自动计算标记点图像坐标(P′_x，P′_y)。

第七步：激光器发射次数计数加一，c＝c+1。

第八步：判断，激光击中点距离图像中心点距离小于2.5个像素距离，并且 x,y两个方向上距离均小于2个像素距离。如果是，则输出新的偏转镜系数并结束；否则进入第九步。

第九步：预估斜率，

a_x和a_y分别为沿X轴和Y轴方向上的预估斜率。

第十步：预估步长，

第十一步：赋值，将新的偏转系数覆盖旧的偏转系数，新的像素坐标覆盖旧的像素坐标，A_x＝A′_x，A_y＝A′_y，P_x＝P′_x，P_y＝P′_y；跳转至第三步计算新的偏转系数。

实施例2，

为了实现上述方法，本发明还提一种激光器光轴标定系统，如图5所示，包括：

初始化模块，用于为激光器偏转镜设置偏转系数初始值，并选择激光器光轴标定测试的候选点；

中点位置确定模块，用于针对每个候选点，通过发射高能激光，得到候选点位置坐标；

激光器光轴偏转系数计算模块，用于基于所述激光器偏转镜初始参数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数；

其中，所述偏转系数包括：激光器偏转镜X轴偏转系数和Y轴偏转系数。

初始化模块，具体用于：

初始化参数：激光器偏转镜X轴偏转系数A_x、Y轴偏转系数A_y初始化为出厂设置或者系统保持的原先值；初始化有效标定点个数K＝0；激光器发射次数C＝0。

中点位置确定模块，具体用于：

调整光学镜头方向和焦距f，选择合适的位置作为激光器光轴标定测试的候选点，本实施例至少选择2个点；

针对每个候选点：使用激光测距机测量激光器与测试候选点之间的距离D。

发射高能激光，通过鼠标标记激光击中点在图像中的位置，由计算机自动计算标记点图像坐标(P_x,P_y)。

激光器光轴偏转系数计算模块，包括：激光器光轴微调算法子模块。

激光器光轴微调算法子模块用于：

1)该算法以初始偏转镜系数A_x和A_y、激光击中点图像坐标P_x和P_y作为输入。

2)设置初始步长S_x和S_y均为-0.5。

3)计算并设置新的偏转镜偏转系数：

4)针对候选点，调整光学镜头方向和焦距f，选择合适的位置作。

5)使用激光测距机测量激光器与测试候选点之间的距离D。

6)发射高能激光，通过鼠标标记激光击中点在图像中的位置，由计算机自动计算标记点图像坐标(P′_x，P′_y)。

7)激光器发射次数计数加一，c＝c+1。

8)判断，激光击中点距离图像中心点距离小于2.5个像素距离，并且x,y两个方向上距离均小于2个像素距离。如果是，则输出新的偏转镜系数并结束；否则继续执行：

9)预估斜率，

a_x和a_y分别为沿X轴和Y轴方向上的预估斜率。

10)预估步长，

11)然后将新的偏转系数覆盖旧的偏转系数，新的像素坐标覆盖旧的像素坐标，A_x＝A′_x，A_y＝A′_y，P_x＝P′_x，P_y＝P′_y；跳转至3)继续计算偏转镜偏转系数。

显然，所描述的实施例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。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种激光器光轴标定方法，其特征在于，包括：

为激光器偏转镜设置偏转系数初值，并选择激光器光轴标定测试的候选点；

针对每个候选点，通过发射高能激光，得到候选点位置坐标；

基于所述激光器偏转镜的偏转系数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数；

其中，所述偏转系数包括：激光器偏转镜X轴偏转系数和Y轴偏转系数；

所述基于所述激光器偏转镜的偏转系数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数，包括：

1)对偏转镜偏转系数初值进行调整；

2)基于所述候选点，通过发射高能激光，得到所述候选点对应的激光点坐标；

3)当所述激光点坐标和候选点位置坐标的距离小于设定阈值时，则将调整后的偏转镜偏转系数设为激光器光轴偏转系数并结束执行；否则：

4)计算预估斜率和预估步长；

5)将调整后的偏转系数设定为偏转镜初始参数，将激光点坐标设定为候选点位置坐标，执行步骤2)；

所述偏转镜偏转系数按下式进行调整：

式中，A_x和A_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴的偏转系数初值，A′_x和A′_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴调整后的偏转系数，P_x和P_y分别为候选点位置坐标，P′_x和P′_y分别为候选点对应的激光点坐标，S_x和S_y分别沿X轴和Y轴方向的步长；

所述预估斜率的计算式如下：

式中，a_x和a_y分别为沿X轴和Y轴方向上的预估斜率，A_x和A_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴的偏转系数初值，A′_x和A′_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴调整后的偏转系数，P_x和P_y分别为候选点位置坐标，P′_x和P′_y分别为候选点对应的激光点坐标；

所述预估步长的计算式如下：

式中，S_x和S_y分别沿X轴和Y轴方向的预估步长。

2.如权利要求1所述的光轴标定方法，其特征在于，所述对偏转镜偏转系数进行调整，包括：

为步长设置初始值；

基于所述步长、所述激光器偏转镜系数初值以及候选点坐标对偏转镜偏转系数进行调整。

3.如权利要求1所述的光轴标定方法，其特征在于，所述阈值的设定包括：

候选点对应的激光点坐标距离候选点坐标的距离小于2.5个像素距离，并且在x轴和y轴两个方向上候选点对应的激光点坐标距离候选点坐标的距离均小于2个像素。

4.如权利要求1所述的光轴标定方法，其特征在于，所述为激光器偏转镜设置偏转系数初始值，包括：

将出厂设置或者之前设置的激光器偏转镜参数作为所述偏转系数的初始值。

5.如权利要求1所述的光轴标定方法，其特征在于，所述候选点为两个。

6.一种激光器光轴标定系统，其特征在于，所述激光器光轴标定系统用于实现如权利要求1所述的激光器光轴标定方法，包括：

初始化模块，用于为激光器偏转镜设置偏转系数初始值，并选择激光器光轴标定测试的候选点；

中点位置确定模块，用于针对每个候选点，通过发射高能激光，得到候选点位置坐标；

激光器光轴偏转系数计算模块，用于基于所述激光器偏转镜初始参数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数；

其中，所述偏转系数包括：激光器偏转镜X轴偏转系数和Y轴偏转系数；

所述基于所述激光器偏转镜的偏转系数和候选点位置坐标，利用预先设定的激光器光轴微调算法计算激光器光轴偏转系数，包括：

1)对偏转镜偏转系数初值进行调整；

2)基于所述候选点，通过发射高能激光，得到所述候选点对应的激光点坐标；

3)当所述激光点坐标和候选点位置坐标的距离小于设定阈值时，则将调整后的偏转镜偏转系数设为激光器光轴偏转系数并结束执行；否则：

4)计算预估斜率和预估步长；

5)将调整后的偏转系数设定为偏转镜初始参数，将激光点坐标设定为候选点位置坐标，执行步骤2)；

所述偏转镜偏转系数按下式进行调整：

式中，A_x和A_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴的偏转系数初值，A′_x和A′_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴调整后的偏转系数，P_x和P_y分别为候选点位置坐标，P′_x和P′_y分别为候选点对应的激光点坐标，S_x和S_y分别沿X轴和Y轴方向的步长；

所述预估斜率的计算式如下：

式中，a_x和a_y分别为沿X轴和Y轴方向上的预估斜率，A_x和A_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴的偏转系数初值，A′_x和A′_y分别为激光器偏转镜X轴和Y轴调整后的偏转系数，P_x和P_y分别为候选点位置坐标，P′_x和P′_y分别为候选点对应的激光点坐标；

所述预估步长的计算式如下：

式中，S_x和S_y分别沿X轴和Y轴方向的预估步长。

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