CN113945908A - 一种外场成像系统校准装置及方法 - Google Patents

一种外场成像系统校准装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种外场成像系统校准装置及方法,该方法包括:设置外场成像系统校准装置,令结构板正对成像仪器,下沿保持水平;调整结构板与成像仪器的位置关系,令成像仪器的图像中心对准十字成像靶标的十字中心,并记录结构板与成像仪器的间距;令激光测距机发射至少两次激光,以在激光显像纸上获得实际激光光斑;基于实际激光光斑及激光中心点,确定实际激光光斑中心位置与理论激光光斑中心位置之间的偏差;根据确定的偏差及结构板与成像仪器的间距,计算成像仪器光轴与激光测距机光轴的偏差角度。本发明适用于高峰值功率、低发散角的激光测距机光轴与成像仪器光轴校准,能够在外场缺少仪器设备的情况下快速完成成像系统同轴校准。

Description

一种外场成像系统校准装置及方法
技术领域
本发明涉及成像仪器校准技术领域,尤其涉及一种外场成像系统校准装置及方法。
背景技术
外场使用成像系统进行跟踪时,会利用激光测距机对目标进行激光测距,以获取目标距离值。激光测距机对目标的测距能力,除了由自身测距威力决定外,还受成像仪器光轴与激光测距机光轴的同轴度影响,同轴度越好,激光测距机对目标的测距能力越好。因此,在外场使用前,需要对成像仪器光轴与激光测距机光轴状态进行校准。如未进行校准,一旦成像仪器光轴与激光测距机光轴偏差较大,会极大地限制激光测距机的测距能力,进而影响系统成像跟踪效果。
发明内容
本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处,提供一种可在外场条件下对成像仪器光轴与激光测距机光轴进行快速校准的技术方案。
为了实现上述目的,本发明提供了一种外场成像系统校准装置,包括:结构板和激光显像纸;
所述结构板的表面设有十字成像靶标和激光中心点;所述十字成像靶标用于对准成像仪器的图像中心,所述激光中心点用于标示激光测距机的理论激光光斑中心位置;
所述激光显像纸铺设在所述结构板的表面,用于显示激光测距机的实际激光光斑;
所述外场成像系统校准装置适用高峰值功率、低发散角的激光测距机。
优选地,所述十字成像靶标的线宽不超过3mm,线长不少于3cm。
优选地,所述结构板还设有水平校正器。
本发明还提供了一种外场成像系统校准方法,采用如上述任一项所述的外场成像系统校准装置实现,包括如下步骤:
S1、设置所述外场成像系统校准装置,令所述结构板正对成像仪器,下沿保持水平;
S2、调整所述结构板与成像仪器的位置关系,令成像仪器的图像中心对准十字成像靶标的十字中心,并记录所述结构板与成像仪器的间距;
S3、令激光测距机发射至少两次激光,以在激光显像纸上获得实际激光光斑;
S4、基于实际激光光斑及激光中心点,确定实际激光光斑中心位置与理论激光光斑中心位置之间的偏差;
S5、根据确定的偏差及所述结构板与成像仪器的间距,计算成像仪器光轴与激光测距机光轴的偏差角度。
优选地,步骤S2中,调整所述结构板与成像仪器的位置关系时,令所述十字成像靶标在成像仪器的图像中线宽所占像素不超过1个,线长所占像素不低于10个。
优选地,步骤S2中,所述结构板与成像仪器的间距不超过30m。
优选地,所述的外场成像系统校准方法还包括如下步骤:
S0、在设置所述外场成像系统校准装置之前,对所述结构板表面设置的十字成像靶标和激光中心点的位置关系进行校验。
优选地,所述的外场成像系统校准方法还包括如下步骤:
S6、调整激光测距机光轴与成像仪器光轴的相对位置,撤换激光显像纸,并返回步骤S3重复校准,直至实际激光光斑中心位置与激光中心点重合。
本发明的上述技术方案具有如下优点:本发明提供了一种外场成像系统校准装置及方法,采用设有十字成像靶标和激光中心点的结构板以及激光显像纸在缺少仪器设备的外场条件下快速测量光轴偏差,本发明适用于高峰值功率、低发散角的激光测距机,以便激光光斑可以在激光显像纸上直接显示,从而获得准确的实际激光光斑。本发明的装置及方法易于实现,成本较低,为外场工作人员实施成像校准时提供一种便利、快捷的技术手段。
附图说明
图1是本发明实施例中一种外场成像系统校准装置的结构示意图;
图2是本发明实施例中一种外场成像系统校准装置使用状态示意图;
图3是本发明实施例中一种外场成像系统校准方法步骤示意图;
图4是本发明实施例中另一种外场成像系统校准方法步骤示意图。
图中:1:结构板;2:激光中心点;3:十字成像靶标;4:激光显像纸。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,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的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如前所述,在外场使用成像系统进行目标跟踪前,需要对系统中的成像仪器的光轴及激光测距机的光轴状态进行校准。目前,一种确定激光测距机激光光斑位置的方式是利用瞄准镜或靶镜,但该方式依赖使用者目视确定光斑,容易造成测试偏差,且所需仪器设备较为复杂,不能很好地满足外场使用需求。有鉴于此,本发明提供了一种精度高且成本低,不依赖复杂仪器设备的外场成像系统校准方案。
如图1和图2所示,本发明实施例提供的一种外场成像系统校准装置包括结构板1和激光显像纸4;其中,结构板1的表面设有十字成像靶标3和激光中心点2;十字成像靶标3用于对准系统中成像仪器(如红外热像仪或者电视摄像机)的图像中心,是成像仪器的对准参照,激光中心点2用于标示系统中激光测距机的理论激光光斑中心位置,是激光测距机的光轴的校准基准;激光显像纸4铺设在结构板1的表面,用于显示系统中激光测距机的实际激光光斑;该外场成像系统校准装置适用高峰值功率、低发散角的激光测距机,即激光能量足够强以使激光显像纸4显示激光光斑,显著的激光测距机功率为15MW,发散角为0.6mrad。
本发明令激光显像纸4铺设在结构板1的表面,覆盖可能出现激光光斑的区域,在接收到激光测距机的测距激光光束照射后,显示准确的实际激光光斑,通过测量实际激光光斑中心与理论激光光斑中心的间距,可以计算出成像仪器光轴与激光测距机光轴的偏差量。该实施方式避免了利用瞄准镜目视或靶镜倾斜确定激光光轴中心位置时引入误差,能够直接在激光中心点2附近进行显示,在外场缺少仪器设备的情况下,也可以快速、准确地实现校准,且成本较低,易于实现。
优选地,十字成像靶标3的十字型的线宽不超过3mm,线长不少于3cm。线宽较小且线长较长的十字型能够确保十字成像靶标3对准成像仪器的图像中心时,令靶标十字线宽只占1行/列像素,较长的靶线便于确认结构板1底边与成像仪器的水平轴平行,减少出现偏差。
优选地,结构板1还设有水平校正器,水平校正器用于校正使得结构板1下沿与成像仪器的水平轴尽量保持平行。若结构板1为长方体结构,即上、下沿平行。
进一步地,激光显像纸4优选采用热敏靶纸,即受热可显示在其上痕迹,以便于激光光斑的良好显示,同时,可在靶纸上标记激光中心点2位置,便于观察激光中心点2标示的理论激光光斑中心位置与实际光斑的偏差。
如图3所示,本发明还提供了一种外场成像系统校准方法,采用如上述任一实施方式所述的外场成像系统校准装置实现,具体包括如下步骤:
S1、设置外场成像系统校准装置,令结构板1设有十字成像靶标3、激光中心点2和激光显像纸4的平面正对系统中的成像仪器,结构板1下沿保持水平;结构板需放置在距激光测距机一定距离处;
S2、调整结构板1与成像仪器的位置关系,令成像仪器的图像中心对准十字成像靶标3的十字中心,并记录结构板1与成像仪器的间距;成像仪器图像中心一般为图像中心十字的中心点,通过调整成像仪器,使图像中心对准十字成像靶标中心,成像仪器完成对准,作为参照;
S3、令系统中的激光测距机发射至少两次激光,以在激光显像纸4上获得激光测距机的实际激光光斑;通过多次照射能够使激光光斑在激光显像纸4上更清晰,以便确认光斑中心位置;
S4、基于实际激光光斑及激光中心点2,确定实际激光光斑中心位置与理论激光光斑中心位置之间的偏差;通过拟合实际激光光斑边缘曲线等方式可确定实际激光光斑中心位置;
S5、根据确定的偏差及结构板1与成像仪器的间距,计算系统中成像仪器光轴与激光测距机光轴的偏差角度。
本发明避免了现有校准方法对场地要求高、对配合校准的目标要求较多等问题,可有效解决外场条件下校准成像仪器与激光测距机同轴时缺少仪器设备的困难,精度较高,且易于实现,具有重要的技术应用价值。
优选地,步骤S2中,调整结构板1与成像仪器的位置关系时,微调成像仪器或改变结构板1与成像仪器的间距,令十字成像靶标3在成像仪器的图像中线宽所占像素刚好为1个,线长所占像素不低于10个。
该实施方式中,利用较窄线宽、较长线长的十字形图像进行对准,能够确保成像仪器的光轴正对十字成像靶标3中心,线宽较小且线长较长的十字型能够确保十字成像靶标3对准成像仪器的图像中心时,线宽只占一行(或一列)像素,较长的靶线便于确认结构板1底边与成像仪器的水平轴平行,如结构板1底边与成像仪器的水平轴平行度较差,则靶线在图像中会有一定倾斜,可以减少出现位置偏差,而提高外场成像系统校准精度。
进一步地,步骤S2中,调整结构板1与成像仪器的位置关系时,微调成像仪器或改变结构板1与成像仪器的间距,但结构板1与成像仪器的间距不超过30m,使十字靶线所占行数刚好为一行/列,避免距离过大时靶标显示偏差带来校准误差。
该实施方式中,在较近的间距下可以确保激光显像纸4最终显示的激光光斑清晰且位置准确,进而提高外场成像系统校准精度。
优选地,如图4所示,该外场成像系统校准方法还包括如下步骤:
S0、在设置外场成像系统校准装置之前,对结构板1表面设置的十字成像靶标3和激光中心点2的位置关系进行校验,以确保外场成像系统校准装置的可靠性。
优选地,该外场成像系统校准方法还包括如下步骤:
S6、调整激光测距机光轴与成像仪器光轴的相对位置,撤换外场成像系统校准装置中的激光显像纸4,并返回步骤S3重复校准,直至实际激光光斑中心位置与激光中心点2,即理论激光光斑中心位置,重合。
通过撤换激光显像纸4并重复校准,能够调整成像仪器光轴与激光测距机光轴的同轴度,提高激光测距机对目标的测距能力,进而提高系统的目标距离获得效果。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种外场成像系统校准装置,其特征在于,包括:结构板和激光显像纸;
所述结构板的表面设有十字成像靶标和激光中心点;所述十字成像靶标用于对准成像仪器的图像中心,所述激光中心点用于标示激光测距机的理论激光光斑中心位置;
所述激光显像纸铺设在所述结构板的表面,用于显示激光测距机的实际激光光斑;
所述外场成像系统校准装置适用高峰值功率、低发散角的激光测距机。
2.根据权利要求1所述的外场成像系统校准装置,其特征在于:所述十字成像靶标的线宽不超过3mm,线长不少于3cm。
3.根据权利要求1所述的外场成像系统校准装置,其特征在于:所述结构板还设有水平校正器。
4.一种外场成像系统校准方法,其特征在于,采用如权利要求1-3任一项所述的外场成像系统校准装置实现,包括如下步骤:
S1、设置所述外场成像系统校准装置,令所述结构板正对成像仪器,下沿保持水平;
S2、调整所述结构板与成像仪器的位置关系,令成像仪器的图像中心对准十字成像靶标的十字中心,并记录所述结构板与成像仪器的间距;
S3、令激光测距机发射至少两次激光,以在激光显像纸上获得实际激光光斑;
S4、基于实际激光光斑及激光中心点,确定实际激光光斑中心位置与理论激光光斑中心位置之间的偏差;
S5、根据确定的偏差及所述结构板与成像仪器的间距,计算成像仪器光轴与激光测距机光轴的偏差角度。
5.根据权利要求4所述的外场成像系统校准方法,其特征在于:
步骤S2中,调整所述结构板与成像仪器的位置关系时,令所述十字成像靶标在成像仪器的图像中线宽所占像素不超过1个,线长所占像素不低于10个。
6.根据权利要求5所述的外场成像系统校准方法,其特征在于:
步骤S2中,所述结构板与成像仪器的间距不超过30m。
7.根据权利要求4所述的外场成像系统校准方法,其特征在于,还包括如下步骤:
S0、在设置所述外场成像系统校准装置之前,对所述结构板表面设置的十字成像靶标和激光中心点的位置关系进行校验。
8.根据权利要求4所述的外场成像系统校准方法,其特征在于,还包括如下步骤:
S6、调整激光测距机光轴与成像仪器光轴的相对位置,撤换激光显像纸,并返回步骤S3重复校准,直至实际激光光斑中心位置与激光中心点重合。
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