CN113720353B - 真空环境下相机和光管的对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真空环境下相机和光管的对准方法，步骤如下：S1、将光管靶标板切换至通光孔；S2、点亮积分球，然后打开探测器；S3、以相机的安装位置作为原点O，建立空间直角坐标系；S4、在YOZ平面内，将相机固定在一个摆扫角处；在XOZ平面内，将相机绕原点O进行转动，当探测器上出现点亮目标时，停止转动；S5、将光管的靶标板切换至条纹靶标，调节相机，直至相机与条纹靶标对准，此时相机的位置即为与光管完全对准的位置；本发明实现了真空环境下相机和光管的对准，进而可以进行真空环境下相机的MTF测试，解决了大口径长焦距航天相机常压环境检测时由于气流扰动导致的测试不稳定、效率低的难题。

Description

真空环境下相机和光管的对准方法

技术领域

本发明涉及相机系统MTF测试领域，特别涉及一种真空环境下相机和光管的对准方法。

背景技术

航天相机集成后需进行相机系统MTF测试，测试方法是通过采用相同口径的光管进行目标模拟，相机成像的方法进行测试。即在光管焦面处放置靶标，在经过光管后发射平行光，然后经相机聚焦后将目标成像在相机探测器上。

随着相机焦距和口径的增大，一般常压环境受气流扰动，已经很难检测相机的真实像质。因此采用真空环境进行MTF测试可以更高效、准确地获取相机像质的真实结果。但真空环境下由于测试人员无法现场观察操作，因此又有很多难点需要克服。其中光管与相机的对准是重点需解决的问题之一，即真空环境下如何将光管模拟的目标精确的成像在某片探测器上是进行真空MTF测试的首要问题。

有研究人员采用抽真空前进行对准，抽真空时保持相机、光管位置不变的方法保证真空环境下的相机对准。但对于大口径相机而言，罐体变形及隔振平台的变化会导致相机及光管相对错位。因此真空后相机和光管的对准位置可能与真空前不同，这样在抽真空后，原本成在探测器上的目标像很容易丢失。同样对于很多红外相机，常压环境不允许焦面开机，因此对于该情况，常压环境下很难进行相机和光管的精确对准。

对于小口径航天相机一般进行常压环境MTF测试，因此试验人员可现场观察成像光斑位置进而调整相机姿态使相机与光管完全对准，真空环境下由于测试人员无法现场参与，因此不能通过观察进行相机与光管的对准。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种真空环境下相机和光管的对准方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提出的真空环境下相机和光管的对准方法，包括如下步骤：

S1、在真空环境下，将光管的靶标板切换至无目标的通光孔位置；

S2、点亮积分球，使得积分球发出的光射入通光孔，并通过光管照射到相机，然后打开探测器开始成像；

S3、以相机的固定安装位置作为原点O，以相机的垂直视场方向作为X轴，以相机的水平视场方向作为Y轴，以同时与X轴和Y轴垂直的方向作为Z轴，建立空间直角坐标系，形成XOZ平面和YOZ平面；

在YOZ平面内，以原点O为顶点，在Z轴的两边分别设有数量不少于2个的摆扫角，每个摆扫角的间隔不多于相机的视场角的四分之一；

S4、在YOZ平面内，将相机固定在一个摆扫角处；在XOZ平面内，将相机绕原点O进行转动，转动的范围关于Z轴对称；在转动相机时，时刻观察探测器；

当探测器上出现点亮目标时，停止转动相机，此时相机的位置即为与光管初步对准的位置；

当探测器未出现点亮目标时，则在YOZ平面内，将相机固定在其他不同的摆扫角处；每固定在其中一个摆扫角处，则再次在XOZ平面内，将相机绕原点O进行转动，并时刻观察探测器，直至探测器出现点亮目标时停止转动相机，此时相机的位置即为与光管初步对准的位置；

S5、在找到相机与光管初步对准的位置后，将光管的靶标板切换至条纹靶标位置，在XOZ平面内和YOZ平面内调节相机，直至相机与条纹靶标对准，此时相机的位置即为与光管完全对准的位置。

优选地，积分球放置在通光孔的位置，且位于光管靶标的后方。

优选地，通光孔的通光面积大于或等于光管的焦面尺寸。

优选地，在步骤S4中，相机在XOZ平面内转动的角度不小于20度。

优选地，相机的光轴平行于Z轴。

本发明能够取得以下技术效果：本发明可实现真空环境下相机和光管的对准，进而可以进行真空环境下相机的MTF测试，解决了大口径长焦距航天相机常压环境检测时由于气流扰动导致的测试不稳定、效率低的难题。

附图说明

图1是根据本发明实施例的相机和光管等部件相对位置的简易主视图；

图2是根据本发明实施例的相机和光管等部件相对位置的简易俯视图；

图3是根据本发明实施例的相机和光管等部件相对位置的简易立体图；

图4是根据本发明实施例的真空环境下相机和光管的对准方法的流程图。

其中的附图标记包括：探测器1、相机2、光管3、光管靶标4、积分球5。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

下面结合图1到图4对本发明的具体工作方式进行详细说明：

如图4所示，本发明提出一种真空环境下相机2和光管3的对准方法，包括如下步骤：

S1、在真空环境下，将光管3的靶标板切换至无目标的通光孔位置。

通光孔的通光面积大于或等于光管3的焦面尺寸，保证了光管3发射出的目标视场范围大，亮度高，便于在相机2与光管3对准时的粗定位。

S2、点亮积分球5，使得积分球5发出的光射入通光孔，并通过光管3照射到相机2，然后打开探测器1开始成像。

积分球5为一个能照亮靶标的面光源；如图3所示，为了将光管靶标4(在光管3的靶标板上的通光孔相当于一个没有特定形状的靶标)照亮且形成一个又大又明亮的点亮目标，积分球5放置在靠近通光孔的位置，且位于光管靶标4的后方。

S3、如图3所示，以相机2的固定安装位置作为原点O，以相机2的垂直视场方向作为X轴，以相机2的水平视场方向作为Y轴，以同时与X轴和Y轴垂直的方向作为Z轴，建立空间直角坐标系，形成XOZ平面和YOZ平面；

在YOZ平面内，以原点O为顶点，在Z轴的两边分别设有数量不少于2个的摆扫角，每个摆扫角的间隔不多于相机2的视场角的四分之一。

相机2的光轴平行于Z轴。

对于相机2的视场，通常情况下水平和垂直视场中的一个视场可能会长一些，另一个视场可能会短一些，也有可能存在两个视场大小相同；为提高本发明方法的对准效率及正确率，如果相机2两个方向的视场大小不同，一般通过调整相机2的安装方式，将相机2的长视场作为水平视场来进行与光管3的对正调节。

摆扫角的数量选择主要是依据经验，并且和最初相机2和光管3的粗摆放位置有关；一般相机2和光管3都是根据正常的目视对准精度来摆放的，因此通常选择2至3个摆扫角即可实现对准。

摆扫角的数量也可增多或减少，增多的弊端是影响本发明的对准效率，减小的弊端是相机2的查找范围过小，可能找不到对准位置；摆扫角的数量和每个摆扫角的间隔决定了相机2摆扫的运动范围。

S4、在YOZ平面内，将相机2固定在一个摆扫角处；在XOZ平面内，将相机2绕原点O进行转动，转动的范围关于Z轴对称；在转动相机2时，时刻观察探测器1；

当探测器1上出现点亮目标时，停止转动相机2，此时相机2的位置即为与光管3初步对准的位置；

当探测器1未出现点亮目标时，则在YOZ平面内，将相机2固定在其他不同的摆扫角处；每固定在其中一个摆扫角处，则再次在XOZ平面内，将相机2绕原点O进行转动，并时刻观察探测器1，直至探测器1出现点亮目标时停止转动相机2，此时相机2的位置即为与光管3初步对准的位置。

为了保证相机2和光管3对准的准确性，相机2在XOZ平面内转动的角度不小于20度，即相对于Z轴的两边，转动的角度不小于+10度和不大于-10度(角度以相对于Z轴顺时针方向为正)。

S5、在找到相机2与光管3初步对准的位置后，将光管3的靶标板切换至条纹靶标位置(此时条纹靶标的位置位于图3中光管靶标4的位置)，在XOZ平面内和YOZ平面内调节相机2，直至相机2与条纹靶标对准，此时相机2的位置即为与光管3完全对准的位置。

相机2与条纹靶标是否对准的判定方式为：当探测器1的成像为完整清晰的条纹图像时，认为此时相机2与条纹靶标完全对准。

在利用本发明的方法找到相机2与光管3的完全对准位置后，则可进行相机2在真空环境下的MTF测试。

需要说明的是：实际光管靶标4在光管3上，探测器1在相机2上；为便于理解本发明方法中各部件的相对位置关系，以图1、图2、图3中各部件相分开的位置关系呈现。

本发明的一个具体实施例如下：选用相机2的视场角为±5度(即总视场角为10度)，在YOZ平面内，在Z轴的两边分别设有2个摆扫角，每个摆扫角间隔2.5度，即设定的摆扫角分别为-5°、-2.5°、0°、2.5°、5°(角度以相对于Z轴顺时针方向为正)。

首先将相机2固定在摆扫角为-5°方向，然后将相机2在XOZ平面内绕原点O转动，相机2的转动范围相对于Z轴的角度为±10度(角度以相对于Z轴顺时针方向为正)。在相机2转动的过程中，实时观察探测器1，若探测器1出现点亮目标，则表明已找到相机2与光管3的初步对准位置；若探测器1未出现点亮目标，则将相机2调整到下一个摆扫角为-2.5°方向，再重复进行相机2在XOZ平面内绕原点O转动，直至探测器1出现点亮目标，停止相机2的转动；然后将光管3的靶标板切换至条纹靶标，再微调相机2的角度使相机2与条纹靶标完全对准，最后进行相机2在真空环境下的MTF测试。

综上所述，本发明提出了一种真空环境下相机2和光管3的对准方法，本方法可实现真空环境下相机2和光管3的对准，进而可以进行真空环境下相机2的MTF测试，解决了大口径长焦距航天相机常压环境检测时由于气流扰动导致的测试不稳定、效率低的难题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种真空环境下相机和光管的对准方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在真空环境下，将光管的靶标板切换至无目标的通光孔位置；

S2、点亮积分球，使得所述积分球发出的光射入所述通光孔，并通过所述光管照射到相机，然后打开探测器开始成像；

S3、以所述相机的固定安装位置作为原点O，以所述相机的垂直视场方向作为X轴，以所述相机的水平视场方向作为Y轴，以同时与所述X轴和所述Y轴垂直的方向作为Z轴，建立空间直角坐标系，形成XOZ平面和YOZ平面；

在所述YOZ平面内，以所述原点O为顶点，在所述Z轴的两边分别设有数量不少于2个的摆扫角，每个所述摆扫角的间隔不多于所述相机的视场角的四分之一；

S4、在所述YOZ平面内，将所述相机固定在一个所述摆扫角处；在所述XOZ平面内，将所述相机绕所述原点O进行转动，转动的范围关于所述Z轴对称；在转动所述相机时，时刻观察所述探测器；

当所述探测器上出现点亮目标时，停止转动所述相机，此时所述相机的位置即为与所述光管初步对准的位置；

当所述探测器未出现点亮目标时，则在所述YOZ平面内，将所述相机固定在其他不同的所述摆扫角处；每固定在其中一个所述摆扫角处，则再次在所述XOZ平面内，将所述相机绕所述原点O进行转动，并时刻观察所述探测器，直至所述探测器出现点亮目标时停止转动所述相机，此时所述相机的位置即为与所述光管初步对准的位置；

S5、在找到所述相机与所述光管初步对准的位置后，将所述光管的靶标板切换至条纹靶标位置，在所述XOZ平面内和所述YOZ平面内调节所述相机，直至所述相机与所述条纹靶标对准，此时所述相机的位置即为与所述光管完全对准的位置。

2.如权利要求1所述的真空环境下相机和光管的对准方法，其特征在于，所述积分球放置在所述通光孔的位置，且位于光管靶标的后方。

3.如权利要求1所述的真空环境下相机和光管的对准方法，其特征在于，所述通光孔的通光面积大于或等于所述光管的焦面尺寸。

4.如权利要求1所述的真空环境下相机和光管的对准方法，其特征在于，在步骤S4中，所述相机在XOZ平面内转动的角度不小于20度。

5.如权利要求1所述的真空环境下相机和光管的对准方法，其特征在于，所述相机的光轴平行于所述Z轴。