CN114527580B - 一种新型平显光轴校靶方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型平显光轴校靶方法，其中系统包括Ⅰ号三角架，校靶主机，六维转台，光轴校靶适配装置，飞机平显，Ⅱ号三脚架，高分辨率相机。该平显光轴校靶方法中校靶系统可以测试出被测光学系统的基准轴线，光轴校靶适配装置含有无穷远十字目标模拟系统和装有靶标的基准靶板，无穷远十字目标模拟系统的无穷远十字目标光轴与基准靶板光轴可以通过标定得出两者的固定关系，光轴校靶适配装置上的无穷远目标光轴与平显光轴一致时，校靶主机通过拍摄光轴校靶适配装置上的基准靶板图像，解算出基准靶光轴方向，最终得出平显光轴与基准轴线之间的关系，完成平显光轴校靶，该平显光轴校靶方法操作简单且便于外场光轴校靶使用。

Description

一种新型平显光轴校靶方法

技术领域

本发明涉及视觉测量、精密仪器技术领域，具体为一种新型平显光轴校靶方法，可用于各类光学系统的平显光轴校靶。

背景技术

随着现代光学技术的发展，高精度光学系统的应用越来越广泛，对光学系统光轴相对于光学系统基准轴的角度精度要求越来越高。平显作为光学瞄准系统的关键部件，如：飞机平显作为飞机座舱内的光电显示设备，其定位、安装精度将直接影响飞机火控系统的精度。因此，必须对飞机平显的安装和定位进行校准，以确保飞机平显光轴与火控系统精度。

目前校靶方式主要有传统校靶、光电-惯性校靶、激光跟踪仪校靶和全站仪校靶等。传统校靶、激光跟踪仪校靶和全站仪校靶可以校准光学系统的机械轴，但不能直接对平显光轴进行校准，导致平显机械轴与光轴间的角度偏差严重影响校靶精度。光电-惯性校靶设备可利用自准直仪和三轴惯性传感器（陀螺仪）实现光轴校靶，但该设备的不足之处是体积大、重量大，操作难度大、有陀螺漂移和人为读数造成误差大。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明目的是提供一种新型平显光轴校靶方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种新型平显光轴校靶方法，包括如下步骤：

步骤一、具有空间位置测量功能的单目视觉校靶主机通过运用已经标定好的光笔测量安装有平显的被测系统的基准点，依据基准点坐标得出横向和纵向基准轴线；

步骤二、架设或安装具有坐标位置解算功能的高分辨率相机，通过调整相机角度和位置，使相机能够看到形状理想的平显十字光标；

步骤三、光轴校靶适配装置含有无穷远十字目标模拟系统和装有靶标的基准靶板；光轴校靶适配装置安装到六维调整台上，通过调整六维调整台的角度和位置，使光轴校靶适配装置发出的十字光束与平显的十字光束成像到高分辨率相机像面的同一个位置上且十字光斑形状呈理想状态；

步骤四、运用高分辨率相机的位置解算功能，通过识别光轴校靶适配装置发出的十字光束和平显的十字光束的图像，并通过控制安装有光轴校靶适配装置的六维调整台使得相机中的两个十字光束高度重合，即光轴校靶适配装置和平显发出的两束平行光线高度重合，此时平显的十字光轴与光轴校靶适配装置的十字目标光轴一致，采用光轴校靶适配装置产生的无穷远十字目标光轴代替平显光轴；

步骤五、由于光轴校靶适配装置产生的十字目标光轴与基准靶板光轴的夹角是通过标定得出的固定关系，基准靶板中包含多个靶标，通过校靶主机测试光轴校靶适配装置的基准靶板得出基准靶板的位姿，从而得到平显光轴位姿，步骤一测出了被测系统的基准轴线，最终测得被测系统的基准轴线与其平显光轴之间的关系，完成平显光轴校靶。

本发明中的校靶系统可以测试出被测光学系统的基准轴线，光轴校靶适配装置含有无穷远十字目标模拟系统和装有靶标的基准靶板，无穷远十字目标模拟系统的无穷远十字目标与靶板光轴可以通过标定得出两者的固定关系，光轴校靶适配装置上的无穷远目标光轴与平显光轴一致时，校靶主机通过拍摄光轴校靶适配装置上的基准靶板图像，解算出基准靶光轴方向，最终得出平显光轴与基准轴线之间的关系，完成平显光轴校靶，该平显光轴校靶方法操作简单且便于外场光轴校靶使用。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明方法中应用的光轴校靶系统包括无穷远目标模拟系统和基准靶板，该系统包含摄影测量技术、目标模拟技术等，在光轴校靶过程中不需要将飞机调平等复杂工作，相较于传统光轴校靶过程提高了工作效率。

2、本发明方法中，平显光轴校靶过程中不需要人为读数，而且相较于惯性测量装置没有长时间使用时的陀螺漂移造成的误差，提高了测量精度，而且相较于惯导的大体积、昂贵的价格，本发明的平显光轴校靶系统更易于实现小体积、低成本。

本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。

附图说明

图1表示本发明方法中的平显光轴校靶系统示意图。

图2表示本发明中光轴校靶适配装置的基准靶板示意图；其中，基准靶板中包含多个靶标。

图3表示本发明中光轴校靶适配装置的光轴分布示意图。

图中：1-Ⅰ号三角架，2-校靶主机，3-六维调整台，4-光轴校靶适配装置，5-飞机平显，6-Ⅱ号三脚架，7-高分辨率相机；ⅰ-基准靶板光轴，ⅱ-目标光轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

本发明依托的平显光轴校靶系统基于单目视觉测量技术，该系统具有三维空间位置测量功能，该功能由校靶主机和光笔来完成，光笔上有三个以上通过标定得出已知位置关系的靶标，校靶主机中的相机拍摄光笔单张图像得出光笔笔尖的空间位置，依据此功能可以测试安装有平显的被测系统的基准点，得出被测系统相对于校靶主机的横向和纵向基准轴线。

平显光轴校靶系统如图1所示，包括：Ⅰ号三角架1，校靶主机2，六维调整台3，光轴校靶适配装置4，飞机平显5，Ⅱ号三脚架6，高分辨率相机7。

其中，光轴校靶适配装置含有无穷远十字目标模拟系统和装有靶标的基准靶板，无穷远十字目标模拟系统可以产生波长范围为460nm~12000nm的十字、点圆等多种光学模拟目标，光轴校靶适配装置产生的无穷远十字目标与平显产生的十字目标对准之后，两者光轴一致，可以用光轴校靶适配装置产生的无穷远十字目标光轴代替平显光轴。

其中，单目视觉校靶主机可以通过拍摄基准靶板的空间位姿，得出基准靶板相对于相机的空间姿态，图2为本发明中光轴校靶适配装置的基准靶板图，靶板上安装有多个靶标，本发明中以8个靶标为例进行说明，无穷远十字目标模拟系统的无穷远十字目标与基准靶板光轴可以通过标定得出两者之间的关系，校靶主机测试出基准靶板光轴位姿之后就可以解算出无穷远十字目标模拟系统的十字目标光轴位姿，通过调整位姿使无穷远十字目标模拟系统的十字目标光轴与平显目标光轴一致时，就可以得出平显目标光轴相对于校靶主机的空间位姿，最终得出平显目标光轴相对于安装有平显的被测系统的基准轴线之间的关系，光轴校靶适配装置的光轴分布如图3所示，基准靶板光轴ⅰ和目标光轴ⅱ之间呈一定角度，该角度可以通过标定得出。

一种新型平显光轴校靶方法，可以应用于带有平显光轴校靶，以下实施方式以飞机平显光轴校靶为例，包括如下步骤：

步骤一、具有空间位姿测量功能的校靶主机2位于Ⅰ号三角架1上，通过运用已经标定好的光笔测量飞机的基准点得出飞机的横向和纵向的两个基准轴线。

步骤二、具有坐标位置解算功能的高分辨率相机7架设到飞机座舱内具有万向节的Ⅱ号三脚架6上，固定三脚架上的各个调节旋钮使高分辨率相机的姿态保持不变。通过调整高分辨率相机的角度和位置使相机能够看到形状理想的平显十字光束。

步骤三、光轴校靶适配装置4含有无穷远十字目标模拟系统和装有靶标的基准靶板，光轴校靶适配装置4安装到六维调整台3上，通过调整六维调整台3的角度和位置，使光轴校靶适配装置4发出的无穷远十字光束与平显的十字光束成像到高分辨率相机7的图像中，两者处于同一个位置上且十字光斑形状呈理想状态。

步骤四、通过高分辨率相机的位置解算功能实时识别两束十字光斑位置直至图像中的两个十字光束高度重合且十字光斑形状呈理想状态，如果两个十字没有重合或者光轴校靶适配装置发出的无穷远十字光束的光斑形状不理想，通过控制光轴校靶适配装置上的六维调整台使得相机中的两个十字光束高度重合且十字形状呈理想状态，此时固定六维调整台的角度和位置，光轴校靶适配装置中的无穷远十字目标光轴与飞机平显光轴一致，可以用光轴校靶适配装置产生的无穷远十字目标光轴代替平显光轴。

步骤五、由于光轴校靶适配装置产生的十字目标光轴与靶板光轴的夹角是通过标定得出的固定关系，基准靶板中包含多个靶标，平显的十字目标光轴与光轴校靶适配装置的无穷远十字目标光轴一致时，通过校靶主机测试光轴校靶适配装置上的靶板光轴，由于步骤一得出了飞机基准轴线，通过校靶主机可以解算出光轴校靶适配装置上的靶板光轴角度和飞机基准轴线之间的关系，由于光轴校靶适配装置产生的十字目标光轴与靶板光轴关系已知，可以得出光轴校靶适配装置上的无穷远十字目标光轴与飞机基准轴线之间的关系，由于光轴校靶适配装置上的无穷远十字光轴与平显光轴一致，最终可以得出飞机基准轴线与平显光轴之间的关系，完成平显光轴校靶。

本发明方法基于视觉测量技术，该平显光轴校靶方法是区别于传统光轴校靶和光电-惯性校靶的新方法，校靶系统可以测试出被测光学系统的基准轴线，光轴校靶适配装置含有无穷远十字目标模拟系统和装有靶标的基准靶板，无穷远十字目标模拟系统的无穷远十字目标光轴与基准靶板光轴可以通过标定得出两者的固定关系，光轴校靶适配装置上的无穷远目标光轴与平显光轴一致时，校靶主机通过拍摄光轴校靶适配装置上的基准靶板图像，解算出基准靶光轴方向，最终得出平显光轴与基准轴线之间的关系，完成平显光轴校靶，该平显光轴校靶方法操作简单且便于外场光轴校靶使用。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，本发明方法的保护范围不局限应用于视觉光轴校靶方法，基于本方法的原理发明的所有依据无穷远目标光轴校靶方法，无论是等同变换或改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种平显光轴校靶方法，其特征在于：该方法在平显光轴校靶系统中实现，所述平显光轴校靶系统包括单目视觉校靶主机、六维调整台、光轴校靶适配装置、被测系统的平显、高分辨率相机；其中，所述光轴校靶适配装置位于六维调整台上，所述单目视觉校靶主机位于光轴校靶适配装置前方，所述被测系统的平显位于光轴校靶适配装置后方，所述高分辨率相机位于被测系统的平显后方；

包括如下步骤：

步骤一、具有空间位置测量功能的单目视觉校靶主机通过运用已经标定好的光笔测量安装有平显的被测系统的基准点，依据基准点坐标 得出横向和纵向基准轴线；

步骤二、架设或安装具有坐标位置解算功能的高分辨率相机，通过调整相机角度和位置，使相机能够看到形状理想的平显十字光标；

步骤三、光轴校靶适配装置含有无穷远十字目标模拟系统和装有靶标的基准靶板；光轴校靶适配装置安装到六维调整台上，通过调整六维调整台的角度和位置，使光轴校靶适配装置发出的十字光束与平显的十字光束成像到高分辨率相机像面的同一个位置上且十字光斑形状呈理想状态；

步骤四、运用高分辨率相机的位置解算功能，通过识别光轴校靶适配装置发出的十字光束和平显的十字光束的图像，并通过控制安装有光轴校靶适配装置下的六维调整台使得相机中的两个十字光束高度重合，即光轴校靶适配装置和平显发出的两束平行光线高度重合，此时平显的十字光轴与光轴校靶适配装置的十字目标光轴一致，采用光轴校靶适配装置产生的无穷远十字目标光轴代替平显光轴；

步骤五、由于光轴校靶适配装置产生的十字目标光轴与基准靶板光轴的夹角是通过标定得出的固定关系，基准靶板中包含多个靶标，通过校靶主机测试光轴校靶适配装置的基准靶板得出基准靶板的位姿，从而得到平显光轴位姿，步骤一测出了被测系统的基准轴线，最终测得被测系统的基准轴线与其平显光轴之间的关系，完成平显光轴校靶。