CN208751823U - 一种边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置 - Google Patents

Abstract

一种边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，属于光学检测领域，为了满足现有技术的需求，该装置主要包括温度模拟装置、光学窗口、平行光管、积分球、三个机械调整装置、计算机处理系统以及测试台；温度模拟装置，其为具有除湿功能的高低温试验箱，被测光电成像系统设置在温度模拟器内；光学窗口固定在温度模拟装置的侧壁的通孔位置上；被测光电成像系统、光学窗口、平行光管和积分球依次同轴设置；测光电成像系统、平行光管和积分球分别设置在三个机械调整装置上；平行光管和积分球所在的机械调整装置安装在测试台上；计算机处理系统与被测光电成像系统连接；该装置实现在边界温度条件下对典型的光电成像系统进行像质定量评价。

Description

一种边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置

技术领域

本实用新型涉及一种边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，属于光学检测领域，主要用于实现边界温度条件下典型光电成像系统的像质测试与定量评价。

背景技术

像质是光电成像系统的关键性能指标之一，是光学检测领域重点关注的问题，直接影响光电成像系统的设计、制造和使用。研究表明，温度对于光电成像系统的像质具有直接影响。

随着光电技术和图像处理技术的快速发展，光电成像系统在侦查、瞄准、校射、检测等的应用越来越广泛。依据应用领域的不同，光电成像系统都需要具有特定的温度工作范围，特殊情况下，需要在-40℃—50℃的温度环境下正常工作。因此，必须关注温度变化对像质的影响。然而，由于测试条件的限制，目前国内光电成像系统只能进行常规温度环境的像质评价和高低温环境下的存储试验，高低温试验也只是针对设备能否正常开机、调焦是否正常等简单功能进行测试，而决定光电成像系统性能的成像质量的关键指标，如传递函数、分辨率等均无法在边界温度条件下进行考核。测试条件和方法的限制制约了光电成像系统的性能评价，为其在边界温度环境下的应用和使用效能的发挥埋下隐患。

目前尚未见到此种边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置的相关报道。

实用新型内容

本实用新型目的是提出一种能够在边界温度条件下光电成像系统进行像质定量评价的检测装置。

技术方案如下：

边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，其特征是，该装置主要包括温度模拟装置、光学窗口、平行光管、积分球、三个机械调整装置、计算机处理系统以及测试台；温度模拟装置，其为具有除湿功能的高低温试验箱，被测光电成像系统设置在温度模拟器内；光学窗口固定在温度模拟装置的侧壁的通孔位置上；被测光电成像系统、光学窗口、平行光管和积分球依次同轴设置；测光电成像系统、平行光管和积分球分别设置在三个机械调整装置上；平行光管和积分球所在的机械调整装置安装在测试台上；计算机处理系统与被测光电成像系统连接。

该装置中积分球发出的光经过平行光管出射平行的目标光，目标光通过光学窗口透射到温度模拟装置内，被测光电成像系统接收；被测光电成像系统通过被测光电成像系统自带的CCD或CMOS探测器接收目标光并成像，被测光电成像系统将成像信息传输给计算机处理系统，计算机处理系统对所成的像进行运算和处理，用于进行像质评价。

所述光学窗口主要包括基础法兰、三个柔性结构、窗口玻璃、密封盖、大密封圈、小密封圈、六个温度传感器、六个导热片、三个电加热片、三个制冷片和温控单元；基础法兰的内环端面沿圆周均匀布置固定三个柔性机构；窗口玻璃的边缘固定在基础法兰的内环上，径向与沿圆周布置的三个柔性机构相切安装；密封盖与基础法兰外环通过螺栓连接；密封盖内侧设有两个同心的环形密封槽，大密封圈和小密封圈分别放置在两个密封槽内；在密封盖上沿圆周均匀设置六个温度传感器，且温度传感器与光学玻璃接触，用于测量光学玻璃的温度；在光学玻璃的径向端面上，每隔60°均匀地胶连六个导热片，三个电加热片和三个制冷片交替设置在相邻的导热片上；温控单元主要包括单片机，其数据采集接口连接六个温度传感器，其控制接口连接三个电加热片和三个制冷片，传感器采集的温度信号经单片机进行处理后发出控制指令，驱动电加热片和制冷片加热或制冷。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型能够实现在边界温度条件下对典型的光电成像系统进行像质定量评价，可以为光学成像系统的设计开发、性能测试与评价提供手段，为分析和研究温度对光电成像系统像质的影响提供方法。

该装置具有结构简单、测试误差小等特点。

附图说明

图1为边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置结构示意图。

1、温度模拟装置，2、光学窗口，3、平行光管，4、积分球，5、机械调整装置，6、计算机处理系统，7、被测光电成像系统，8、测试台。

图2为光学窗口结构示意图，2a为光学窗口的主视图，2b为光学窗口的剖视图。

2-1、基础法兰，2-2、三个柔性结构，2-3、窗口玻璃，2-4密封盖，2-5、大密封圈，小2-6、密封圈，2-7、六个温度传感器，2-8、六个导热片，2-9、三个电加热片，2-10、三个制冷片和2-11、温控单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，主要包括温度模拟装置1、光学窗口2、平行光管3、积分球4、三个机械调整装置5、计算机处理系统6以及测试台8。其中，温度模拟装置1为具有除湿功能的高低温试验箱，用于模拟被测光电成像系统7工作时的温度环境；光学窗口2通过螺栓固定在温度模拟装置1的侧壁的通孔位置上；被测光电成像系统7、光学窗口2、平行光管3和积分球4依次同轴设置；平行光管3和积分球4用于提供满足测试条件的典型光学目标；被测光电成像系统、平行光管3和积分球4分别设置在三个机械调整装置5上，机械调整装置5用于调整平行光管3、积分球4以及被测光电成像系统7的姿态，保证测试过程同轴；测试台8用于固定和安置平行光管3和积分球4所在的机械调整装置5，为测试设备提供平台；计算机处理系统6通过特定电子学接口与被测光电成像系统7的探测器连接、接收图像信息，用于数据处理、计算，获得被测光电成像系统7的像质评价结果。

边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置的工作过程为：测试时，作为检具的平行光管3和积分球4放置在温度模拟装置1外，被测光电成像系统7放置在温度模拟装置1内，模拟真实工作的温度条件；积分球4发出的光经过平行光管3出射平行的目标光，目标光通过光学窗口2透射到温度模拟装置1内，被测光电成像系统7接收；被测光电成像系统7通过被测光电成像系统自带的CCD或CMOS探测器接收目标光并成像，被测光电成像系统7将成像信息传输给计算机处理系统6，计算机处理系统6对所成的像进行运算和处理，用于进行像质评价。

温度模拟装置1采用中科赛凌(北京)科技有限公司生产的CTE-SG4500-01FS型高低温试验箱，在其侧壁上开设了圆形通孔，设计了机械接口，用于安装光学窗口2；在高低温实验箱内加装了除湿系统，通过在高低温箱内循环干燥空气来保证被测光电成像体统在测试过程中不产生凝露现象。

如图2所示，光学窗口2的主要结构的主要包括基础法兰2-1、三个柔性结构2-2、窗口玻璃2-3、密封盖2-4、大密封圈2-5、小密封圈2-6、六个温度传感器2-7、六个导热片2-8、三个电加热片2-9、三个制冷片2-10和温控单元2-11。

基础法兰2-1的内环端面沿圆周均匀布置固定三个柔性机构2-2；每个柔性机构2-2分别通过两个小螺钉和两个定位销与基础法兰2-1连接固定。窗口玻璃2-3是面形加工精度较高的光学平板玻璃，是光学检测光路的组成部分之一，窗口玻璃2-3的边缘固定在基础法兰2-1的内环上，径向与沿圆周布置的三个柔性机构2-2相切安装。柔性机构2-2起温度补偿作用，通过柔性连接降低温度变化导致的窗口玻璃2-3的面形变化；密封盖2-4与基础法兰2-1外环通过螺栓连接，起固定、安装和密封作用；密封盖2-4内侧设有两个同心的环形密封槽，大密封圈2-5和小密封圈2-6分别放置在2-2个密封槽内，起密封和固定作用。

在密封盖2-4上沿圆周均匀设置六个温度传感器2-7且温度传感器2-7与光学玻璃2-3接触，用于测量光学玻璃2-3的温度，为温度控制提供数据。在光学玻璃2-3的径向端面上，每隔60°均匀地胶连六个导热片2-8，用作电加热片2-9和制冷片2-10与光学玻璃2-3之间的温度缓冲和导热；在每个导热片上均通过胶连的方式交互布置固定相应大小的电加热片2-9和制冷片2-10，即沿窗口玻璃2-3的圆周方向，共布置三个电加热片2-9和三个制冷片2-10。温控单元2-11主要包括用于实现数据采集和温度控制的单片机，其数据采集接口连接六个温度传感器2-7，控制接口连接三个电加热片2-9和三个制冷片2-10，传感器2-7采集的温度信号经温控单元2-11进行处理后发出控制指令，驱动电加热片2-9和制冷片2-10加热或制冷。

单个温度传感器2-7布点位置应在与其位置最近的电加热片2-9或制冷片2-10与窗口玻璃2-3圆心构成的扇形区域的中轴线上。

在窗口玻璃的径向上，电加热片2-9或制冷片2-10一端与导热片2-8胶连，另一端与基础法兰2-1留有一定空隙，避免由于接触对窗口玻璃2-3产生应力。

本实用新型中，温度传感器2-7选择PT100温度传感器；胶连固定所采用的胶选用具有良好传热性能的导热硅脂；导热片2-8选用的材料是导热率较高的金属铜；窗口玻璃2-3的光学平板玻璃材料选择依据光学检测所需的工作谱段选择；其它光机结构件选用与窗口玻璃热膨胀系数相近的殷钢材料。

Claims (6)

1.边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，其特征是，该装置主要包括温度模拟装置(1)、光学窗口(2)、平行光管(3)、积分球(4)、三个机械调整装置(5)、计算机处理系统(6)以及测试台(8)；

温度模拟装置(1)，其为具有除湿功能的高低温试验箱，被测光电成像系统(7)设置在温度模拟装置(1)内；

光学窗口(2)固定在温度模拟装置(1)的侧壁的通孔位置上；

被测光电成像系统(7)、光学窗口(2)、平行光管(3)和积分球(4)依次同轴设置；测光电成像系统(7)、平行光管(3)和积分球(4)分别设置在三个机械调整装置(5)上；

平行光管(3)和积分球(4)所在的机械调整装置(5)安装在测试台(8)上；

计算机处理系统(6)与被测光电成像系统(7)连接。

2.根据权利要求1所述的边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，其特征是，该装置中积分球(4)发出的光经过平行光管(3)出射平行的目标光，目标光通过光学窗口(2)透射到温度模拟装置(1)内，被测光电成像系统(7)接收；被测光电成像系统(7)通过被测光电成像系统自带的CCD或CMOS探测器接收目标光并成像，被测光电成像系统(7)将成像信息传输给计算机处理系统(6)，计算机处理系统(6)对所成的像进行运算和处理，用于进行像质评价。

3.根据权利要求1或2所述的边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，其特征是，所述光学窗口(2)主要包括基础法兰(2-1)、三个柔性机构(2-2)、窗口玻璃(2-3)、密封盖(2-4)、大密封圈(2-5)、小密封圈(2-6)、六个温度传感器(2-7)、六个导热片(2-8)、三个电加热片(2-9)、三个制冷片(2-10)和温控单元(2-11)；

基础法兰(2-1)的内环端面沿圆周均匀布置固定三个柔性机构(2-2)；

窗口玻璃(2-3)的边缘固定在基础法兰(2-1)的内环上，径向与沿圆周布置的三个柔性机构(2-2)相切安装；

密封盖(2-4)与基础法兰(2-1)外环通过螺栓连接；密封盖(2-4)内侧设有两个同心的环形密封槽，大密封圈(2-5)和小密封圈(2-6)分别放置在两个密封槽内；

在密封盖(2-4)上沿圆周均匀设置六个温度传感器(2-7)，且温度传感器(2-7)与窗口玻璃(2-3)接触，用于测量窗口玻璃(2-3)的温度；在窗口玻璃(2-3)的径向端面上，每隔60°均匀地胶连六个导热片(2-8)，三个电加热片(2-9)和三个制冷片(2-10)交替设置在相邻的导热片(2-8)上；

温控单元(2-11)主要包括单片机，其数据采集接口连接六个温度传感器(2-7)，其控制接口连接三个电加热片(2-9)和三个制冷片(2-10)，温度传感器(2-7)采集的温度信号经单片机进行处理后发出控制指令，驱动电加热片(2-9)和制冷片(2-10)加热或制冷。

4.根据权利要求3所述的边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，其特征是，窗口玻璃(2-3)是光学平板玻璃。

5.根据权利要求3所述的边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，其特征是，单个温度传感器(2-7)布点位置应在与其位置最近的电加热片(2-9)或制冷片(2-10)与窗口玻璃(2-3)圆心构成的扇形区域的中轴线上。

6.根据权利要求3所述的边界温度条件光电成像系统像质定量评价装置，其特征是，在窗口玻璃(2-3)的径向上，电加热片(2-9)或制冷片(2-10)一端与导热片(2-8)胶连，另一端与基础法兰(2-1)留有空隙，避免由于接触对窗口玻璃(2-3)产生应力。