CN114216362B - 一种基于图像处理自动测量校靶镜机械轴线偏差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理自动测量校靶镜机械轴线偏差的方法，包括如下步骤：步骤1、将校靶镜塞入对应二维调整平台上的圆筒工装内部；步骤2、平行光管焦面处放置星点光阑，光源通电后平行光管发射准平行光，并在CCD探测器端能收集到星点像；步骤3、转动二维调整平台上的校靶镜；步骤4、旋转校靶镜一周，计算机控制系统根据采集到的星点像的旋转视频，计算每一帧图像中星点像的坐标，最终得到星点轨迹；步骤5、通过拟合星点像轨迹生成圆心，并在圆心坐标生成电子十字分划板，调整二维调整平台，将星点像调整至十字分划板中心，完成系统调整；步骤6、再次旋转校靶镜一周，读取拟合圆的半径，计算视轴与机械轴的不一致角度偏差。

Description

一种基于图像处理自动测量校靶镜机械轴线偏差的方法

技术领域

本发明涉及武器校靶的技术领域，尤其涉及一种基于图像处理自动测量校靶镜视轴与机械轴线偏差的方法。

背景技术

武器装备使用过程中受各种因素影响，会引起火炮和雷达光电的相对位置发生变化，从而影响武器设备的有效工作，因此需要定期对武器装备进行校正。校靶镜是一种用来保证设备轴线或武器轴线与武器装备的纵轴保持规定的空间位置关系的光学仪器，其外圆的机械轴线即代表炮膛轴线，由于机械轴线的不可视，通常由光学轴线(视轴)十字分划将其标识出来，那么如何高精度以及快速的标定机械轴线就显得尤为重要。当前对校靶镜的轴线检定主要采用自准直方法，转动校靶镜，通过观察光学十字分划板反射回来的像与十字分划板的差距来调整光学十字分划板，使得最终转动校靶镜时，校靶镜内部十字分划板像与十字分划板重合且稳定不动，认为校靶镜与光轴校准一致。或者在校靶镜望远镜后端像面接入探测器，并在探测器外接一个电子分划板产生器，检定轴线一致性时，在内筒工装内转动校靶镜，此时电子分划板板不动，不断调整探测器以及二维调整台方位，找旋转中心，使星点像的运动轨迹所画圆的半径越来越来小，该过程是一个逐渐逼近的过程，需要较长时间的调整，判断，观察，最终将电子分划板移动到星点像转动轨迹圆半径最小的位置，光轴与机械轴一致性检定完毕。这些方法存在以下问题：1)检定装置繁琐，需要人眼不断观察。2)机械调整位置过多，要么需要调整光学分划板，要么需要多次调整二维平台，靠人工经验来寻找旋转中心，由于校靶镜内部空间有限，常常修补内部件，调整困难，装调效率低。3)这两种方式都不能对视轴与机械轴的不一致性进行量化。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像处理自动测量校靶镜机械轴线偏差的方法，包括如下步骤：

步骤1、将校靶镜塞入对应二维调整平台上的圆筒工装内部，调整平行光管与二维调整平台上待检的校靶镜的位置，使平行光管的出光能充满校靶镜的光学孔径；

步骤2、平行光管焦面处放置星点光阑，光源通电后平行光管发射准平行光，光线充满校靶镜物镜的口径，并在CCD探测器端能收集到星点像；校靶镜内置CCD探测器会将平行光管星点像传输到计算机控制系统进行数据处理；

步骤3、转动二维调整平台上的校靶镜，此时校靶镜内部的CCD探测器上星点像也会跟着转动；

步骤4、旋转校靶镜2一周，计算机控制系统根据采集到的星点像的旋转视频，计算每一帧图像中星点像的坐标，最终得到星点轨迹。根据本发明的实施例，在旋转校靶镜的时候，同时利用CCD探测器录制星点像的视频，利用计算机控制系统采集，得到对应星点像的旋转视频，在每一帧中提取星点像的质心坐标，得到每个星点像的位置分布，即星点轨迹；

步骤5、通过拟合星点像轨迹，并在拟合圆圆心坐标生成电子十字分划板，将星点像调整至电子十字分划板中心，完成系统调整；

步骤6、再次转动校靶镜一周，读取拟合圆的半径，计算视轴与机械轴的不一致角度偏差最大值：

其中，r为拟合圆的半径，f为物镜焦距。

所述步骤5、通过拟合星点像轨迹，并在拟合圆坐标生成电子十字分划板，将星点像调整至电子十字分划板中心，完成系统调整，具体如下：

步骤5.1、对于步骤4中的星点轨迹通过最大圆半径拟合方式，确定拟合出来的拟合圆的圆心坐标，将该圆心坐标作为电子十字分划板中心坐标；生成的电子十字分划板直接显示在视频中，其长短亮度均可通过计算机控制系统进行调整；

步骤5.2、此时保存该圆心坐标，并在圆心坐标处生成电子十字分划板。调整二维调整平台，使得星点像与电子分化板中心重合。

电子十字分划板电子十字分划板本发明通过拟合转动校靶镜外圆时星点像的运动轨迹的圆心，获取定义机械轴线的十字中心坐标，生成电子十字分划板，在计算机控制系统上显示，并量化计算视轴与机械轴的一致性偏差。

有益效果：

本发明的方法，在系统调整时，除了二维调整台的简单调整外，无需对待检校靶镜内部做任何装调，另外只需用鼠标点击计算按钮，即可以实现电子十字分划板定义机械轴线，无需人为不断调整二维平台或者平行光管。且可以计算系统机械轴与视轴的不一致角度值，对系统的偏差直接进行量化，高效简单。另外，与中国专利CN 211696075 U相比，本发明有以下改进点：

(1)本发明装置中没有单独的电子十字分划板模块硬件(一种字符叠加装置)；电子十字分划板由计算机控制系统根据星点像轨迹自动生成。

(2)本发明中在用十字分划板定义机械轴线过程中无需机械调整，只在计算光轴与机械轴的不一致性角度偏差需用二维调整平台做调整，且调整方法相对简单，只需将对应星点像调整至生成的电子十字分划板的中心，即完成一次调整。而中国专利CN211696075 U中的调整需要人眼估计星点像轨迹的圆心调整二维调整平台，逐渐逼近，调整效率和人员调整的经验有非常大的关系，特别是当星点像轨迹圆画的特别大和特别小时，判断起来特别容易出错，相对效率低。

(3)本发明能对最终的光学视轴和机械轴的不一致性偏差进行量化测量。通过最终生成的星点像轨迹半径以及望远物镜焦距，即可推算视轴与机械轴的不一致性偏差。而专利CN211696075U并不能对光轴与机械轴的不一致性偏差进行量化，仅能靠人工经验判断光轴与机械轴的不一致性偏差是否在指标要求范围内。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的为测量装置整体结构示意图；

图3是平行光管的结构示意图；

图4是待检校靶镜结构示意图；

图5是星点旋转轨迹拟合生成十字的示意图。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为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，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

根据本发明的另一个实施例，如图1-2所示，提出一种基于图像处理自动测量校靶镜机械轴线偏差的方法，包括如下步骤：

步骤1、将校靶镜2塞入对应二维调整平台4上的圆筒工装内部，调整平行光管1与二维调整平台4上待检的校靶镜2的位置，使平行光管1的出光能充满校靶镜2的光学孔径。

步骤2、平行光管1焦面处放置0.05mm小孔光阑7(星点)，光源6通电后平行光管发射准平行光，光线充满校靶镜物镜9的口径，并在CCD探测器10端能收集到星点像，校靶镜1内置CCD探测器10会将平行光管星点像传输到计算机控制系统5进行数据处理。

步骤3、转动二维调整平台4上的校靶镜2，此时校靶镜2内部的CCD探测器10上星点像也会跟着转动。

步骤4、旋转校靶镜2一周，计算机控制系统5根据采集到的星点像的旋转视频，计算每一帧图像中星点像的坐标，最终得到星点轨迹。根据本发明的实施例，在旋转校靶镜2的时候，同时利用CCD探测器10录制星点像的视频，利用计算机控制系统5采集，得到对应星点像的旋转视频，在每一帧中提取星点像的质心坐标，得到每个星点像的位置分布，即星点轨迹；如图4所示；

步骤5、通过拟合星点像轨迹，并在拟合圆圆心坐标处生成电子十字分划板13，具体如下：

步骤5.1、对于步骤4中的星点轨迹通过最大圆半径拟合方式，确定拟合出来的拟合圆12的圆心坐标，将该圆心坐标作为电子十字分划板13中心坐标。生成的电子十字分划板直接显示在视频中，其长短亮度均可通过计算机控制系统进行调整。

步骤5.2、此时保存该圆心坐标，并调整二维调整平台4，使得星点像14与电子分化板13中心重合。

步骤6、再次转动校靶镜2一周，并读取拟合圆12的半径，该半径值非常小，计算视轴与机械轴的不一致角度偏差最大值：

其中r为拟合圆12的半径，f为校靶镜2的望远物镜9焦距。如若，拟合圆半径为13um，望远物镜9的焦距为130mm，此时视轴与机械轴的不一致角度偏差最大值为0.1mrad。

可见，在本实施例中，通过转动待检校靶镜寻找校靶镜外圆11的轴线，获取星点像的运动轨迹，采集星点像的运动轨迹视频，计算视频中每一帧图像的星点像质心坐标，根据质心坐标的分布，画最大拟合圆，并在拟合圆中心处生成电子十字分划板；

进一步的，星点像的运动轨迹主要通过计算星点的质心坐标，通过拟合星点转动过程中每一帧图像的星点质心坐标生成星点像的运动轨迹，并生成星点像运动轨迹的中心。

进一步的，电子十字分划板生成后，该分划板的位置坐标，形状，分划板上下左右移动的步长以及十字分划板的与屏幕亮度的对比度等参数可通过计算机控制端控制调整并保存。

进一步的，系统可以读取视轴与机械轴不一致性数值，对系统的整机指标是否合格做判断。根据本发明的实施例，如图2所示，为测量装置整体示意图；

平行光管1，校靶镜2，二维调整平台4，安装在二维调整平台上的圆筒3，以及计算机控制系统5；待检校靶镜2安装于圆筒3内部，圆筒3内圆与校靶镜2的外圆11公差配合，所述的校靶镜2能够在圆筒3内转动；

如图2-4所示，平行光管包括光源6，星点光阑7，准直物镜8，校靶镜包括望远物镜9，CCD探测器10，校靶镜外圆11。

平行光管1安装在待检校靶镜2的前方，所述平行光管1发出的平行光对准并且充满待检校靶镜望远物镜9的孔径；校靶镜内部安装有CCD探测器10，用于将平行光管1产生的星点像传输到计算机控制系统5对其进行处理，计算生成能定义机械轴的电子十字分化板13，并在计算机控制系统5上显示；

所述二维调整平台4为二维方位调整平台，能够实现俯仰、偏摆的调整；本实施例中，二维调整台4主要为校靶镜2提供俯仰偏摆的方位调整，使得机械轴能与视轴重合。

所述电子十字分划板13由计算机控制系统5根据转动校靶镜外圆11时星点像的运动轨迹的圆心生成。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种基于图像处理自动测量校靶镜机械轴线偏差的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将校靶镜塞入对应二维调整平台上的圆筒工装内部，调整平行光管与二维调整平台上待检的校靶镜的位置，使平行光管的出光能充满校靶镜的光学孔径；

步骤2、平行光管焦面处放置星点光阑，光源通电后平行光管发射准平行光，光线充满校靶镜物镜的口径，并在CCD探测器端能收集到星点像；校靶镜内置CCD探测器会将平行光管星点像传输到计算机控制系统进行数据处理；

步骤3、转动二维调整平台上的校靶镜，此时校靶镜内部的CCD探测器上星点像也会跟着转动；

步骤4、旋转校靶镜一周，计算机控制系统根据采集到的星点像的旋转视频，计算每一帧图像中星点像的坐标，最终得到星点轨迹；在旋转校靶镜的时候，同时利用CCD探测器录制星点像的视频，利用计算机控制系统采集，得到对应星点像的旋转视频，在每一帧中提取星点像的质心坐标，得到每个星点像的位置分布，即星点轨迹；

步骤5、通过拟合星点像轨迹，并在图像上拟合圆圆心坐标生成电子十字分划板，将星点像调整至电子十字分划板中心，完成系统调整；

步骤6、再次转动校靶镜一周，读取拟合圆的半径，计算视轴与机械轴的不一致角度偏差最大值：

，

其中，r为拟合圆的半径，f为物镜焦距。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理自动测量校靶镜机械轴线偏差的方法，其特征在于，所述步骤5、通过拟合星点像轨迹，并在拟合圆坐标生成电子十字分划板，将星点像调整至电子十字分划板中心，完成系统调整，具体如下：

步骤5.1、对于步骤4中的星点轨迹通过最大圆半径拟合方式，确定拟合出来的拟合圆的圆心坐标，将该圆心坐标作为电子十字分划板中心坐标；生成的电子十字分划板直接显示在视频中，其长短亮度均可通过计算机控制系统进行调整；

步骤5.2、此时保存该圆心坐标，并在图像上拟合圆圆心坐标处生成电子十字分划板；调整二维调整平台，使得星点像与电子十字分化板中心重合。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理自动测量校靶镜机械轴线偏差的方法，其特征在于，通过拟合转动校靶镜时星点像的运动轨迹的圆心，获取定义机械轴线的十字中心坐标，生成电子十字分划板，在计算机控制系统上显示，并量化计算视轴与机械轴的一致性偏差。