CN117233735A - 一种用于红外侦察告警系统的光学标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电扫描跟踪技术领域，具体涉及一种用于红外侦察告警系统的光学标定装置及方法，包括：靶向板、光学图像采集组件和辐射源和控制组件；所述红外侦察告警系统包括红外图像采集组件、测距机；控制组件根据红外图像获取辐射源的位置信息，控制所述测距机发出的光照射到辐射源上；基于所述光斑图像获取所述光斑的位置信息，并基于所述辐射源的位置信息和所述光斑的位置信息计算二者的误差，根据所述误差对所述测距机进行修正。本发明解决测距机系统发出的光源与目标值有偏差，造成的测距误差的问题，使用本发明的标定装置进行标定，使测距机打出的光源与目标的重合，实现对目标的方位角度以及距离的测量，达到提高测量精度的目的。

Description

一种用于红外侦察告警系统的光学标定装置及方法

技术领域

本发明涉及光电扫描跟踪技术领域，具体涉及一种用于红外侦察告警系统的光学标定装置及方法。

背景技术

随着社会的不断发展和科技的日新月异，各种安全问题越来越受到人们的关注。特别是一些公众场所，例如某些园区，为了保障园区周界的安全，越来越多的园区都会采用各种安全防范措施，其中园区周界红外侦察告警系统在是其中的一种；红外侦察告警系统一般包括红外相机和测距机；测距机一般包括快反镜。

快速反射镜是一种工作在光源或接收器与目标之间用于调整和稳定光学系统视轴或光束指向的部件，通过采用音圈电机精确控制反射镜偏转方向从而精确控制光束偏转角度，用于实现反射镜的“偏转-倾斜”方位角度的快速调整，可用于光电领域的视轴稳定或扫描补偿等应用。由于其具有结构紧凑、响应速度快、工作带宽高、指向精度高等优点，被广泛应用在天文望远镜、自适应光学、像移补偿、自由空间光通信、精密跟踪等领域，成为光学系统中稳定光束和校正光束传播方向的关键性器件。

快速反射镜的工作性能需由各项指标来衡量，而测量指标的前提是对反射镜进行标定，标定精度也会影响其应用性能，整个过程所需时间较长且机械化。

发明内容

（一）发明目的

本发明的目的是提供一种能对测距机发出光源的位置进行标定，对转动产生的误差进行补偿修正，提高标定精度的用于红外侦察告警系统的光学标定装置及方法。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明的提供了一种用于红外侦察告警系统的光学标定装置，包括：靶向板、光学图像采集组件和辐射源和控制组件；所述红外侦察告警系统包括红外图像采集组件、测距机；

所述辐射源设置于所述靶向板的板面；

所述红外图像采集组件采集所述辐射源的红外图像并传输给所述控制组件；

所述控制组件根据所述红外图像获取所述辐射源的位置信息，控制所述测距机发出的光照射到所述辐射源上；

所述光学图像采集组件采集所述测距机发出的光在所述靶向板的板面上的光斑图像，并传输给所述控制组件；

所述控制组件基于所述光斑图像获取所述光斑的位置信息，并基于所述辐射源的位置信息和所述光斑的位置信息计算二者的误差，根据所述误差对所述测距机进行修正。

本发明的另一方面，优选地，所述测距机包括快反镜和测距机光源；

所述测距机光源发出的光经所述快反镜折射后照射至所述辐射源。

本发明的另一方面，优选地，所述红外图像采集组件和所述快反镜水平设置或所述红外图像采集组件和所述快反镜垂直设置。

本发明的另一方面，优选地，所述靶向板为漫反射板。

本发明的另一方面，优选地，还包括转台，所述测距机设置于所述转台上，所述转台包括水平转动块、俯仰转动块、驱动电机和基座；

所述水平转动块设置于所述基座底部，所述俯仰转动块设置于所述基座顶部，所述驱动电机包括第一驱动电机和第二驱动电机；

所述第一驱动电机驱动水平转动块水平转动，所述第二驱动电机驱动俯仰转动块俯仰转动。

本发明的另一方面，优选地，所述标定装置还包括白光源，所述白光源设置于所述靶向板的板面上，所述白光源用于对所述辐射源进行光补偿。

本发明的另一方面，优选地，

所述标定装置还包括光学平台；

所述转台还包括：设置于所述光学平台上的工装，所述基座设置于所述工装顶部。

本发明的另一方面，优选地，一种利用如上所述的用于红外侦察告警系统的光学标定装置进行标定的方法，包括：

通过红外图像采集组件采集辐射源的图像；

基于所述辐射源的图像，计算所述辐射源的位置；

控制测距机发出的光照射到所述辐射源上，形成光斑；

通过光学图像采集组件采集所述辐射源和所述光斑的图像，计算所述辐射源和所述光斑之间的位置误差；

根据所述位置误差对所述测距机进行修正。

本发明的另一方面，优选地，所述计算所述辐射源和所述光斑之间的位置误差包括：

以所述靶向板任意一点为原点，所述靶向板的板面的水平方向为X轴，所述靶向板的板面与所述水平方向垂直的方向为Y轴建立坐标系；

对所述光斑的每个像素点的坐标值求和，并求取平均值，所述平均值为光斑中心位置；

根据所述光斑中心位置和所述辐射源的位置计算误差。

本发明的另一方面，优选地，还包括对所述采集的图像进行校正。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明利用红外图像采集组件采集靶向板辐射源图像，确定靶向板辐射源位置后，控制测距机发出的光到靶向板辐射源位置，利用光学图像采集组件采集测距机发出的光源位置与辐射源位置，计算两者的误差，根据误差对测距机的位置进行修正。解决测距机系统发出的光源与目标值有偏差，造成的测距误差的问题，使用本发明的标定装置进行标定，使测距机打出的光源与目标的重合，实现对目标的方位角度以及距离的测量，达到提高测量精度的目的。

附图说明

图1是本发明一个实施例的标定装置整体结构图；

图2是本发明一个实施例的辐射源和光斑示意图；

图3是本发明一个实施例的标定装置的原理图；

附图标记：

1：靶向板；2：光学平台；3：红外图像采集组件；4：转台；5：测距机；41：俯仰转动块；42：驱动电机；43：基座；44：水平转动块；45：工装；

51：快反镜；52：测距机光源；7：辐射源；8：测距机打出的光斑；9：光学图像采集组件；10：发光源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

实施例一

一种用于红外侦察告警系统的光学标定装置，图1示出了本发明一个实施例的标定装置整体结构图，图3示出了本发明一个实施例的标定装置的原理图，如图1和图3所示，包括：靶向板1、光学图像采集组件9和辐射源7和控制组件；所述红外侦察告警系统包括红外图像采集组件3、测距机5；

此处不限制靶向板1的具体内容，可以是木板、铁板等，进一步的，可以是反射板，也可以是漫反射板，也不限制靶向板1的具体结构，可以是圆形、矩形等规则图形，也可以是不规则图形；可选的，本实施例中，靶向板1采用白色喷涂的漫反射板；

此处也不限制红外图像采集组件3的具体内容，可以是摄像机也可以是照相机，可以是相机，也可以是红外相机，也可以是红外深度相机；可选的，本实施例中，红外图像采集组件3为红外相机；进一步，本实施例中，红外相机采用长波红外相机，视场角为±3°；

此处也不限制测距机5的具体内容，可以是任何测距系统；测距机是一种测量长度或者距离的工具，同时可以和测角设备或模块结合测量出角度，面积等参数。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、显示装置，可内置、电池等部分组成；测距机从量程上可以分为短程、中程和高程测距仪；从测距机采用的调制对象上可以分为：光电测距仪、声波测距仪；可选的，本实施例中，所述测距机5包括快反镜51和测距机光源；所述测距机光源发出的光经所述快反镜51折射后照射至所述辐射源7；测距机采用1064nm激光测距机，快反镜的转角范围为二维±3°；可选的，本实施例中，所述测距机5包括快反镜51和测距机光源；所述测距机光源发出的光经过所述快反镜51后发出；

此处也不限制光学图像采集组件9的具体内容，可以是摄像机也可以是照相机，可以是CCD相机，也可以是红外相机，也可以是深度相机；可选的，本实施例中，光学图像采集组件9为高速CMOS数字相机；

此处也不限制辐射源7的具体内容，可选的，本实施例中，所述辐射源7为加热的黑色漫反射辐射源，模拟人体；可在红外相机图像中形成模拟目标；

此处也不限制控制组件的具体内容，本领域技术人员能够理解，只要能够达到分析处理相关信号即可；

此处不限制红外图像采集组件3、测距机5、光学图像采集组件9与控制组件之间的连接方式，可以是电连接，也可以是信号连接，

所述辐射源7设置于所述靶向板1的板面；所述辐射源7设置于所述靶向板1的板面；此处不限制辐射源7设置于所述靶向板1的板面的具体方式，可以是活动连接也可以是固定连接；

所述红外图像采集组件3采集所述辐射源的红外图像并传输给所述控制组件；

图2示出了本发明一个实施例的辐射源和光斑示意图，如图2所示，此处不限制红外图像采集组件3采集所述辐射源图像的具体数量，也不限制是不是是否对拍摄的图像的具体处理方式，可选的，本实施例中，所述靶向板1上可以设置白光源10，便于对辐射源进行光补偿，可选的，本实施例中，所述靶向板1为漫反射板，漫反射板作用是呈现模拟信标光源和被测激光的相对位置，并建立坐标系定位，模拟信标光源与测距机光源在漫反射板上，漫反射板四角分布的手动可控的发白光LED光源；

所述控制组件根据所述红外图像获取所述辐射源的位置信息，控制所述测距机5发出的光照射到所述辐射源7上；

在漫反射靶板上通过4个手动可控的发白光LED组成标定特征点。以所述靶向板任意一点为原点，所述靶向板的板面的水平方向为X轴，所述靶向板的板面与所述水平方向垂直的方向为Y轴建立坐标系；

当对靶板坐标系上任意一点(X'，Y')都可根据图像坐标系中对应的点(a，b)转换得到；为了补偿由于相机光轴不垂直于靶面引起透视畸变，先给出如下处理方式：采用校正模型；

；

；

其中为校正前图像坐标，/>为校正后图像坐标；

根据靶向板大小和校正后图像的大小，可确定校正后图像坐标与实际靶向板坐标的比例系数，即确定式(2)中参数；

；

；

其中为靶向板靶面坐标；

保证漫反射板可以接收到测距机发出经过快反镜反射的被测激光，经过高速CMOS相机采集漫反射板上的图像信息，定位模拟信标光源和被测激光的位置坐标。确定模拟信标光源和被测激光的具体位置偏差，红外相机图像中的目标点与快反镜的反射角度建立对应关系，采用线性插值模型对偏差进行修正。

所述光学图像采集组件9采集所述测距机5发出的光在所述靶向板1的板面上的光斑图像，并传输给所述控制组件；

图2示出了本发明一个实施例的辐射源和光斑示意图，如图2所示，所述控制组件基于所述光斑图像获取所述光斑的位置信息，并基于所述辐射源的位置信息和所述光斑的位置信息计算二者的误差，根据所述误差对所述测距机5进行修正。此处不限制所述所述辐射源的位置信息的获取可以是通过红外图像采集组件3获取的图像计算获得，也可以是通过光学图像采集组件9获取的图像计算获得；

图3示出了本发明一个实施例的标定装置的原理图，如图3所示，所述控制组件根据所述辐射源图像，计算获取所述辐射源位置，根据所述辐射源位置，此处不限制获取的位置的具体内容，可以是获取的中心的位置，也可以是获取的整体的位置，控制所述测距机5，将所述测距机发出的光照射到所述辐射源7上；此处不限制照射到辐射源上的具体位置，可以是照射到辐射源的中心，也可以是辐射源的任意一个位置；可选的，本实施例中，选取中心位置，选取中心定位方法较为成熟的是重心法和拟合法；拟合法通过图像处理得到目标物的边缘点，然后根据边缘点采用最小二乘法来拟合圆形，获得目标物中心位置，但其要求目标物有较高的圆度，定位精度不如灰度重心法。可选的，本实施例中，对所述光斑的每个像素点的坐标值求和，并求取平均值，所述平均值为光斑中心位置；

根据所述光斑中心位置和所述辐射源的位置计算误差。

此处不限制修正的具体方式，可以是通过快反镜自身的部件来调整，也可以是通过其余部件如转台实现调整。

本实施例利用红外图像采集组件采集靶向板辐射源图像，确定靶向板辐射源位置后，控制测距机发出的光到靶向板辐射源位置，利用光学图像采集组件采集测距机发出的光源位置与辐射源位置，计算两者的误差，根据误差对测距机的位置进行修正。红外相机图像中的目标点与快反镜的反射角度建立对应关系，最终使测距机发射的激光能够精准打在目标上。解决测距机系统发出的光源与目标值有偏差，造成的测量误差的问题，使用本发明的标定装置进行标定，使测距机打出的光源与目标的重合，控制快反镜使测距机打出的激光精准打在目标上，实现对目标的方位角度以及距离的测量，给出目标的三维空间位置；达到提高测距精度的目的。

本发明的一个实施例中，进一步，所述红外图像采集组件3和所述快反镜51水平设置或所述红外图像采集组件3和所述快反镜51垂直设置。

本发明的一个实施例中，进一步，所述靶向板1为漫反射板。

本发明的一个实施例中，进一步，还包括转台4，所述测距机5设置于所述转台4上，所述转台4包括水平转动块44、俯仰转动块41、驱动电机42和基座43；

所述水平转动块44设置于所述基座43底部，所述俯仰转动块41设置于所述基座43顶部，所述驱动电机42包括第一驱动电机和第二驱动电机；

所述第一驱动电机驱动水平转动块44水平转动，所述第二驱动电机驱动俯仰转动块41俯仰转动。

进一步，所述标定装置还包括光学平台2；

所述转台4还包括：设置于所述光学平台上的工装45，所述基座43设置于所述工装45顶部。

转台的设置可以在标定时让测距机的激光照射在靶向板上，也可以在计算出误差后控制测距机进行位置调整。

实施例二

一种利用如上所述的用于红外侦察告警系统的光学标定装置进行标定的方法，包括：

通过红外图像采集组件3采集辐射源7的图像；可选的，本实施例中，所述红外图像采集组件3采集所述辐射源图像并传输给所述控制组件；此处不限制红外图像采集组件3采集所述辐射源图像的具体数量，也不限制是否对拍摄的图像的具体处理方式，可选的，本实施例中，所述靶向板1上可以设置白光源10，便于对辐射源7进行光补偿，可选的，本实施例中，所述靶向板1为漫反射板，漫反射板作用是呈现模拟信标光源和被测激光的相对位置，并建立坐标系定位，模拟信标光源与测距机光源在漫反射板上，漫反射板四角分布的手动可控的发白光LED光源，

在漫反射靶板上通过4个手动可控的发白光LED组成标定特征点。以所述靶向板任意一点为原点，所述靶向板的板面的水平方向为X轴，所述靶向板的板面与所述水平方向垂直的方向为Y轴建立坐标系；当对靶板坐标系上任意一点(X'，Y')都可根据图像坐标系中对应的点(a，b)转换得到；为了补偿由于相机光轴不垂直于靶向板引起透视畸变，先给出如下处理方式：采用校正模型；

；

；

其中为校正前图像坐标，/>为校正后图像坐标；

根据靶向板大小和校正后图像的大小，可确定校正后图像坐标与实际靶向板坐标的比例系数，即确定式(2)中参数；

；

；

其中为靶向板靶面坐标；

基于所述辐射源7的图像，计算所述辐射源7的位置；此处可以是辐射源7的坐标；

控制测距机5发出的光照射到所述辐射源7上，形成光斑；

通过光学图像采集组件采集所述辐射源7和所述光斑的图像，计算所述辐射源和所述光斑之间的位置误差；可选的，本实施例中，此处不限制照射到辐射源上的具体位置，可以是照射到辐射源的中心，也可以是辐射源的任意一个位置；可选的，本实施例中，获取光斑的中心位置，选取中心定位方法较为成熟的是重心法和拟合法；拟合法通过图像处理得到目标物的边缘点，然后根据边缘点采用最小二乘法来拟合圆形，获得目标物中心位置，但其要求目标物有较高的圆度，定位精度不如灰度重心法。可选的，本实施例中，对所述光斑的每个像素点的坐标值求和，并求取平均值，所述平均值为光斑中心位置；

根据所述光斑中心位置和所述辐射源的位置计算误差。

根据所述误差对所述测距机5进行修正。

在实际使用过程中，红外相机图像测量得到的目标方位与测距机配合快反镜发射的测距激光会存在偏差，偏差过大会使目标无法完成距离测量，因此本实施例提出一种红外侦察告警系统标定方法，使激光准确打到目标，完成测距。此装置和方法满足了红外侦察告警系统的标定需求，提高其应用精度和准确性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过现有技术中的各种手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。

以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替换和修改，这些替换和修改都应落在本发明的范围之内。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于红外侦察告警系统的光学标定装置，其特征在于，包括：靶向板（1）、光学图像采集组件（9）和辐射源（7）和控制组件；所述红外侦察告警系统包括红外图像采集组件（3）、测距机（5）；

所述辐射源（7）设置于所述靶向板（1）的板面；

所述红外图像采集组件（3）采集所述辐射源的红外图像并传输给所述控制组件；

所述控制组件根据所述红外图像获取所述辐射源的位置信息，控制所述测距机（5）发出的光照射到所述辐射源（7）上；

所述光学图像采集组件（9）采集所述测距机（5）发出的光在所述靶向板（1）的板面上的光斑图像，并传输给所述控制组件；

所述控制组件基于所述光斑图像获取所述光斑的位置信息，并基于所述辐射源的位置信息和所述光斑的位置信息计算二者的误差，根据所述误差对所述测距机（5）进行修正。

2.根据权利要求1所述的用于红外侦察告警系统的光学标定装置，其特征在于，所述测距机（5）包括快反镜（51）和测距机光源（52）；

所述测距机光源（52）发出的光经所述快反镜（51）折射后照射至所述辐射源（7）。

3.根据权利要求2所述的用于红外侦察告警系统的光学标定装置，其特征在于，所述红外图像采集组件（3）和所述快反镜（51）水平设置或所述红外图像采集组件（3）和所述快反镜（51）垂直设置。

4.根据权利要求1所述的用于红外侦察告警系统的光学标定装置，其特征在于，所述靶向板（1）为漫反射板。

5.根据权利要求1所述的用于红外侦察告警系统的光学标定装置，其特征在于，还包括转台（4），所述测距机（5）设置于所述转台（4）上，所述转台（4）包括水平转动块（44）、俯仰转动块（41）、驱动电机（42）和基座（43）；

所述水平转动块（44）设置于所述基座（43）底部，所述俯仰转动块（41）设置于所述基座（43）顶部，所述驱动电机（42）包括第一驱动电机和第二驱动电机；

所述第一驱动电机驱动水平转动块（44）水平转动，所述第二驱动电机驱动俯仰转动块（41）俯仰转动。

6.根据权利要求1所述的用于红外侦察告警系统的光学标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括白光源（10），所述白光源（10）设置于所述靶向板（1）的板面上，所述白光源（10）用于对所述辐射源（7）进行光补偿。

7.根据权利要求5所述的用于红外侦察告警系统的光学标定装置，其特征在于，

所述标定装置还包括光学平台（2）；

所述转台（4）还包括：设置于所述光学平台上的工装（45），所述基座（43）设置于所述工装（45）顶部。

8.一种利用如权利要求1-7任意一项所述的用于红外侦察告警系统的光学标定装置进行标定的方法，其特征在于，包括：

通过红外图像采集组件采集辐射源（7）的图像；

基于所述辐射源（7）的图像，计算所述辐射源（7）的位置；

控制测距机（5）发出的光照射到所述辐射源（7）上，形成光斑；

通过光学图像采集组件采集所述辐射源（7）和所述光斑的图像，计算所述辐射源和所述光斑之间的位置误差；

根据所述位置误差对所述测距机（5）进行修正。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述计算所述辐射源和所述光斑之间的位置误差包括：

以所述靶向板任意一点为原点，所述靶向板的板面的水平方向为X轴，所述靶向板的板面与所述水平方向垂直的方向为Y轴建立坐标系；

对所述光斑的每个像素点的坐标值求和，并求取平均值，所述平均值为光斑中心位置；

根据所述光斑中心位置和所述辐射源的位置计算误差。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：还包括对所述采集的图像进行校正。