CN112672144B - 一种大动态环境目标模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学检测技术，具体涉及一种大动态环境目标模拟装置，以解决目前相机在性能测试时，功能单一、操作复杂、测试数据可靠性低的问题，而且在测试相机环境照度指标时，还存在环境照度低、测光方式受限、模拟物距范围窄、在室外检测效率低的问题。本发明所采用的技术方案为：一种大动态环境目标模拟装置，包括沿光轴依次设置的焦面可调平行光管和大视场积分球，大视场积分球上设置有目标模拟口，大视场积分球通过目标模拟口与焦面可调平行光管的出光口连通，目标模拟口上设置有光闸，焦面可调平行光管用于向被测相机提供检测其成像质量的目标源，大视场积分球用于向被测相机提供可覆盖其全口径的均匀照度环境。

Description

一种大动态环境目标模拟装置

技术领域

本发明涉及光学检测技术，具体涉及一种大动态环境目标模拟装置。

背景技术

随着现代科学技术的蓬勃发展，以星载、箭载、机载、弹载、船载等动基座为载体的各类型变焦、定焦相机迅猛发展。由于相机的载体和使用目的不同，导致其实际使用时所在的环境照度(或称为照度适应范围)也各不相同。因此，相机在某一环境照度下能正常使用是非常关键的，即低照度时可分辨清图案，高照度时探测器不饱和。

目前，相机在测试环境照度指标时存在以下缺陷：

当相机在实验室内检测时，一般在被测相机成像物距处放置一目标靶纸，使用新闻灯或高亮LED均匀光源对目标靶纸照亮，被测相机对该目标靶纸成像，但会存在以下问题：

1、只能验证一般照度环境下(一般不超过1万lx)相机的成像质量。由于新闻灯或高亮LED都会随着距离的增加，照度急速下降，因此若需要1万lx以上的照度环境，无法进行有效测试。

2、一般只能检测中心测光相机。边缘测光相机一般会考虑全画幅的曝光条件，将相机视场分为5个或9个区域，在观察中心区域成像质量时，若边缘照度较低，则会自动增加曝光时间甚至增大增益，进而造成中心区域过亮而无法进行有效判读。

3、无法测试无穷远物距时的高照度环境。在实验室内一般采用平行光管模拟无穷远物距，普通平行光管由于视场角非常小，因此只能与周围环境配合测试被测相机全口径范围内的照度环境，这又涉及到需要用新闻灯或高亮LED照亮周围环境的问题，但新闻灯或高亮LED又不能满足1万lx以上的照度环境；而即使采用球形平行光管进行模拟，由于其出光口处安装的准直镜视场角非常有限，一般也无法模拟被测相机全口径范围内的照度环境，因此无法进行有效测试。

当相机在实验室外检测时，一般直接观察远处景物或在近距离某物距处放置目标靶纸，被测相机对该靶纸成像。但会存在以下两方面问题：

一方面，相机可测时间窗口非常有限。受限于季节及天气状况，一般在夏日正午无云时，朝向太阳方向的照度可达10万lx以上，天气状况不好或其他季节的同一时间段无法达到；

另一方面，相机测试所耗时间较长。相机使用时所在的照度环境是随着载体的运动持续变化的，在实验室外若需检测一定照度范围内的成像质量，可能会耗费较长时间等待合适的照度条件。

相机在性能测试中，除了对以上环境照度性能测试，常常还需要对其的信噪比、全视场照度均匀性测试以及辐射定标进行测试。但相机在进行多个性能测试时，一般需要在多种测试装置中依次完成性能测试。为了满足试验条件，相机在使用每种测试装置进行性能测试前，都需要调整相机的方位设置，进而增加了相机测试复杂性，降低了相机性能测试的效率。

发明内容

本发明在于解决目前相机在性能测试时，功能单一、操作复杂、测试数据可靠性低的问题，而且在测试相机环境照度指标时，还存在环境照度低、测光方式受限、模拟物距范围窄、在室外检测效率低的问题，进而提供一种大动态环境目标模拟装置。

本发明所采用的技术方案为：一种大动态环境目标模拟装置，其特殊之处在于：

包括沿光轴依次设置的焦面可调平行光管和大视场积分球，所述大视场积分球上设置有目标模拟口，所述大视场积分球通过目标模拟口与焦面可调平行光管的出光口连通，所述目标模拟口上设置有光闸，所述焦面可调平行光管用于向被测相机提供检测其成像质量的目标源，大视场积分球用于向被测相机提供可覆盖其全口径的均匀照度环境；

所述焦面可调平行光管包括沿光轴依次设置的均匀光源、焦面组件和平行光管；所述均匀光源和焦面组件安装在导轨上，所述焦面组件用于模拟目标源；所述均匀光源和焦面组件均可在导轨上往复移动，所述均匀光源用于均匀照亮的焦面组件，所述平行光管为透射式平行光管，用于将模拟目标源准直透射至大视场积分球内部；

所述大视场积分球上设置有进光口、出光口以及设置在进光口处的第一光源组件，所述出光口位于所述光轴上，用于放置被测相机。

进一步地，光闸落下时，该大视场积分球是一个普通的大视场积分球，可用于相机信噪比、全视场照度均匀性测试或辐射定标；光闸打开时，则将前方连接的平行光管露出，用于相机环境照度测试。

进一步地，所述光闸靠近大视场积分球的一侧面设置有漫反射涂料层。

进一步地，所述大视场积分球分为前球体和后球体，所述目标模拟口设置在前球体上；

所述后球体上开设有圆口，所述圆口处设置有锥形板和挡光环，所述锥形板大端口与圆口的口径相同且同轴固连，锥形板小端口伸入后球体内形成所述出光口，所述出光口和目标模拟口正对设置；

所述进光口设置在锥形板径向正对的大视场积分球球壁上；

所述挡光环包括沿光轴依次设置的进光挡光环和光斑挡光环，所述进光挡光环用于挡住进光口，使得在大视场积分球前球体任意位置都无法直接看到进光口；所述光斑挡光环用于挡住光源进入大视场积分球后的第一反射面，使得在大视场积分球前球体任意位置都无法直接看到各光源直接照亮的光斑。

进一步地，所述进光挡光环设置在进光口一侧，且外环壁固连在大视场积分球内壁上，进光挡光环内环壁与锥形板外壁之间设置有间隙；

所述光斑挡光环内环壁固定在锥形板上，光斑挡光环外环壁与大视场积分球7内壁之间设置有间隙。

进一步地，所述进光口设置有多个，多个进光口沿大视场积分球的周向均匀分布设置；每个进光口处的第一光源组件均照向锥形板的内侧壁上，用于增大大视场积分球的有效视场角。

进一步地，所述平行光管包括平行光管管体和主镜，所述主镜设置在平行光管管体内，所述主镜靠近大视场积分球的一侧表面设置有减反膜。

进一步地，所述均匀光源包括积分球、设置在积分球内的挡光片、以及设置在积分球上的第二光源组件，所述积分球底部安装在导轨上，挡光片用于挡住光源发出的光线直接射向目标模拟靶轮上的目标板，所述第二光源组件和第一光源组件均包括光源和可调连续光阑。

进一步地，所述焦面组件包括目标模拟靶轮和设置在目标模拟靶轮上的目标板，所述目标模拟靶轮安装在导轨上。

进一步地，所述目标模拟靶轮设置在平行光管焦点位置，用于平行光管模拟无穷远目标源；所述平行光管模拟近距离目标源时，目标模拟靶轮的移动距离按下式计算：

其中：

b—目标模拟靶轮13向相机方向移动的距离，单位：mm；

f—平行光管焦距，单位：mm；

L—模拟的物距，单位：mm。

进一步地，还包括监控系统和设置出光口处的照度计，所述监控系统包括光源控制模块、光阑控制模块及照度反馈模块，光源控制模块用于点亮光源，所述光阑控制模块用于调控可调连续光阑的自动开合比例，所述照度反馈模块用于反馈装置内的照度环境。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明采用的一种大动态环境目标模拟装置，功能多样，操作简单、测试数据更准确，即通过控制光闸的开闭，相机在一个测试装置中，便可实现其在同一方位上的环境照度、信噪比、全视场照度均匀性测试或辐射定标性能测试，集成性能更高，提升了相机的性能测试效率。

2、本发明采用的一种大动态环境目标模拟装置，将大视场积分球与焦面可调平行光管结合，可以给相机提供一个视场角为180°的照度环境，这个视场角覆盖了目前军用及民用99％以上的相机，可满足被测产品全口径范围均处于该照度环境的要求。

3、本发明采用的一种大动态环境目标模拟装置，设置的焦面可调平行光管，可模拟目标源的物距范围大，即可实现物距从近距离到无穷远的调节，相机照度范围连续可调的测试。

4、本发明采用的一种大动态环境目标模拟装置，设置的大视场积分球，不限制被测相机的测光方式，无论中心测光或边缘测光都可以实现正常检测。

5、本发明采用的一种大动态环境目标模拟装置，通过锥形板和第一光源组件的结合设置，可以提供一个覆盖了0～10万lx以上的照度连续可调的照度环境，同时还可以通过对监控系统的设置，使相机的环境照度按照预置方式自行变化。

6、本发明采用的一种大动态环境目标模拟装置，实现了在实验室内对室外环境照度的模拟检测，避免了实验室外测试受制于季节及天气状况的窘境，提高了相机环境照度测试效率。

附图说明

图1为本发明一种大动态环境目标模拟装置光闸关闭的结构示意图。

图2为本发明一种大动态环境目标模拟装置光闸打开的结构示意图。

图中：

1-出光口，2-进光口，3-锥形板，4-第一光源组件，5-进光挡光环，6-光斑挡光环，7-大视场积分球，8-照度计，9-光闸，10-主镜，11-监控系统，12-导轨，13-目标模拟靶轮，14-平行光管，15-挡光片，16-第二光源组件。

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。

如图1所示，本实施例中的一种大动态环境目标模拟装置，包括沿光轴依次设置的焦面可调平行光管和大视场积分球7，大视场积分球7上设置有目标模拟口，所述大视场积分球7通过目标模拟口与焦面可调平行光管的出光口连通，由大视场积分球7提供给被测相机一个可覆盖其全口径的照度环境，且该环境照度均匀，强度可调，由焦面可调平行光管提供给被测相机一个用于检测其成像质量的目标源；

大视场积分球7的基本结构是一种内部空心的球体，在其腔体内壁均匀喷涂高反射率漫射材料并内置多个第一光源组件4，由于大视场积分球7内壁漫反射涂层的积分作用，理论上可以在大视场积分球7出光口1任一位置获得均匀的郎伯辐射，因此大视场积分球7可以提供给相机一个稳定的照度环境。

所述大视场积分球7包括大视场积分球空腔球体、设置在该球体上的第一光源组件4、监控系统11；

大视场积分球空腔球体是一种包括前球体及后球体的结构,两者一体成型或连接组合而成大视场积分球空腔球体，大视场积分球空腔球体内壁均匀涂有具有高反射率的漫反射涂层，且从大视场积分球空腔球体内部应看不到前后球体的接缝；

所述大视场积分球7分为前球体和后球体，所述目标模拟口设置在前球体上；所述后球体上开设有圆口，所述圆口处设置有锥形板3，锥形板3大端口与圆口的口径相同且同轴固连，锥形板3小端口伸入后球体内形成出光口1，即出光口1位于锥形板3顶点位置，被测产品置于此处并朝球体内部拍摄进行环境照度的测试；大视场积分球7上面还包含进光口2、第一光源组件4和光源挡光环，进光口2均位于后球体锥形板3外侧，数量为一个或多个，多个进光口2时应均匀排布；同时为了增大积分球的有效视场角，第一光源组件4的光源均照向锥形板3的内侧壁上；光源挡光环分为进光挡光环5和光斑挡光环6，进光挡光环5设置在进光口2一侧，且外环壁固连在大视场积分球空腔球体1内壁上，进光挡光环5用于挡住进光口2，使得在大视场积分球空腔球体前球体任意位置都无法直接看到进光口2；所述光斑挡光环6内环壁固定在锥形板3上，进光挡光环5的内环壁直径小于光斑挡光环6的外环壁直径，光斑挡光环6用于挡住光源进入大视场积分球空腔球体后的第一反射面，光束经过多次漫反射后，使得在大视场积分球空腔球体前球体任意位置都无法直接看到各光源直接照亮的光斑；这样的结构有效避免了光束仅经过一次或两次反射就打到平行光管14的主镜10上，并被相机工作时成像；

所述前球体是一个半圆的球体结构，在其和后球体出光口中心连线正对的侧壁处，有一目标模拟口，目标模拟口上安装有光闸9，光闸9朝向大视场积分球空腔球体内壁的表面涂有和大视场积分球空腔球体内壁一致的漫反射涂料；如图1所示，光闸9落下时，该大视场积分球空腔球体是一个普通的大视场积分球，可用于相机信噪比、全视场照度均匀性测试或辐射定标；如图2所示，光闸9打开时，则将前方连接的平行光管露出，用于相机环境照度测试。

设置在该大视场积分球空腔球体上的第一光源组件4，第一光源组件4设置有多个，第一光源组件4的数量和进光口2的数量一致，各第一光源组件4分别设置在各进光口2处，若第一光源组件4为两种以上不同光源，应考虑将两种光源穿插排列并均匀分布在大视场积分球空腔球体上；所述第一光源组件4可设置有两组，分别对称设置在大视场积分球空腔球体的上下进光口2处；所述第一光源组件4包括了光源及可调连续光阑，可调连续光阑用于在不改变光源色温的情况下，限制进入大视场积分球空腔球体的光能，可调连续光阑应可完全闭合或完全打开；

本实施例中的监控系统11包括光源控制模块、光阑控制模块及照度反馈模块，其中照度反馈模块与布置在大视场积分球空腔球体出光口的照度计8电气连接，用于实时反馈当前照度环境。该监控系统11主要用于远程控制各模块的运行，使得控制人员与光源主体脱离，确保操作便利性和安全性，也可通过实时反馈的照度环境控制光阑的自动开合比例；

本实施例中，将被测相机放置在所述大视场积分球的出光口时，可以获得一个理论视场角为180度的环境照度条件，且该环境照度均匀，强度可调。

所述焦面可调平行光管包括了均匀光源、焦面组件及平行光管14；

所述平行光管14为透射式结构，这种结构的平行光管其焦面位置可移动范围相较反射式平行光管的更大，因此可以模拟的物距范围更大。同时，在平行光管主镜10靠近大视场积分球7的一侧表面设置有减反膜，减少大视场积分球空腔球体内壁的光线通过平行光管主镜10外表面多次反射，进而导致被测产品在大视场积分球空腔球体出光口1观察平行光管模拟的目标时看到的背景过于复杂；

所述焦面组件包括目标模拟靶轮13、各类型目标板及导轨12，导轨12为直线导轨，将所需的目标靶板(即目标板)装在目标模拟靶轮13的卡槽中，目标模拟靶轮13安装在直线导轨上，标定出目标模拟靶轮13在直线导轨位于平行光管14焦点处的位置，此时模拟无穷远目标，移动直线导轨至相应位置，可模拟近距离目标；用平行光管14模拟近距离目标时，需要将其焦面向其主镜10方向移动，移动距离的公式如下：

其中：

b—平行光管靶轮向物方移动的距离，单位：mm；

f—平行光管焦距，单位：mm；

L—模拟的物距，单位：mm。

均匀光源包括积分球、光源及可调连续光阑，所述积分球内设置有挡光片15，光源及可调连续光阑安装积分球上，均匀光源连接在焦面组件的直线导轨之上，均匀照亮平行光管14的焦面位置，可调连续光阑在不改变均匀光源色温的情况下控制光能，使照到目标靶面上的照度与大视场积分球的照度相匹配，不会过亮或过暗。

本实施例中的大动态环境目标模拟装置，可以在提供给被测相机一个覆盖其全口径的照度环境的同时，由焦面可调平行光管提供给被测相机一个用于检测其成像质量的目标源，主要用于相机的环境照度或照度适应范围等指标的测试。

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 (10)

1.一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：

包括沿光轴依次设置的焦面可调平行光管和大视场积分球(7)，所述大视场积分球(7)上设置有目标模拟口，所述大视场积分球(7)通过目标模拟口与焦面可调平行光管的出光口连通，所述目标模拟口上设置有光闸(9)，所述焦面可调平行光管用于向被测相机提供检测其成像质量的目标源，大视场积分球(7)用于向被测相机提供可覆盖其全口径的均匀照度环境；

所述焦面可调平行光管包括沿光轴依次设置的均匀光源、焦面组件和平行光管(14)；所述均匀光源和焦面组件安装在导轨(12)上，所述均匀光源和焦面组件均可在导轨(12)上往复移动，所述均匀光源用于均匀照亮的焦面组件，所述平行光管(14)为透射式平行光管；

所述大视场积分球(7)上设置有进光口(2)、出光口(1)以及设置在进光口(2)处的第一光源组件(4)，所述出光口(1)位于所述光轴上，用于放置被测相机。

2.根据权利要求1所述的一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：所述光闸(9)靠近大视场积分球(7)的一侧面设置有漫反射涂料层。

3.根据权利要求2所述的一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：所述大视场积分球(7)分为前球体和后球体，所述目标模拟口设置在前球体上；

所述后球体上开设有圆口，所述圆口处设置有锥形板(3)和挡光环，所述锥形板(3)大端口与圆口的口径相同且同轴固连，锥形板(3)小端口伸入后球体内形成所述出光口(1)，所述出光口(1)和目标模拟口正对设置；

所述进光口(2)设置在锥形板(3)径向正对的大视场积分球(7)球壁上；

所述挡光环包括沿光轴依次设置的进光挡光环(5)和光斑挡光环(6)，所述进光挡光环(5)用于挡住进光口(2)，使得在大视场积分球(7)前球体任意位置都无法直接看到进光口(2)；所述光斑挡光环(6)用于挡住光源进入大视场积分球(7)后的第一反射面，使得在大视场积分球(7)前球体任意位置都无法直接看到各光源直接照亮的光斑。

4.根据权利要求3所述的一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：所述进光挡光环(5)设置在进光口(2)一侧，且外环壁固连在大视场积分球(7)内壁上，进光挡光环(5)内环壁与锥形板(3)外壁之间设置有间隙；

所述光斑挡光环(6)内环壁固定在锥形板(3)上，光斑挡光环(6)外环壁与大视场积分球(7)内壁之间设置有间隙。

5.根据权利要求4所述的一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：所述进光口(2)设置有多个，多个进光口(2)沿大视场积分球(7)的周向均匀分布设置；每个进光口(2)处的第一光源组件均照向锥形板(3)的内侧壁上，用于增大大视场积分球(7)的有效视场角。

6.根据权利要求5所述的一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：所述平行光管(14)包括平行光管管体和主镜(10)，所述主镜(10)设置在平行光管管体内，所述主镜(10)靠近大视场积分球(7)的一侧表面设置有减反膜。

7.根据权利要求6所述的一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：所述均匀光源包括积分球、设置在积分球内的挡光片(15)、以及设置在积分球上的第二光源组件(16)，所述积分球底部安装在导轨(12)上，所述第二光源组件(16)和第一光源组件(4)均包括光源和可调连续光阑。

8.根据权利要求7所述的一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：所述焦面组件包括目标模拟靶轮(13)和设置在目标模拟靶轮上的目标板，所述目标模拟靶轮(13)安装在导轨(12)上。

9.根据权利要求8所述的一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：所述目标模拟靶轮(13)设置在平行光管(14)焦点位置，用于平行光管(14)模拟无穷远目标源；所述平行光管(14)模拟近距离目标源时，目标模拟靶轮(13)的移动距离按下式计算：

其中：

b—目标模拟靶轮向相机方向移动的距离，单位：mm；

f—平行光管焦距，单位：mm；

L—模拟的物距，单位：mm。

10.根据权利要求9所述的一种大动态环境目标模拟装置，其特征在于：还包括监控系统(11)和设置出光口(1)处的照度计(8)，所述监控系统(11)包括光源控制模块、光阑控制模块及照度反馈模块，光源控制模块用于点亮光源，所述光阑控制模块用于调控可调连续光阑的自动开合比例，所述照度反馈模块用于反馈装置内的照度环境。

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