SE512549C2 - System for virtual alignment of optical axes - Google Patents

System for virtual alignment of optical axes

Info

Publication number
SE512549C2
SE512549C2 SE9803587A SE9803587A SE512549C2 SE 512549 C2 SE512549 C2 SE 512549C2 SE 9803587 A SE9803587 A SE 9803587A SE 9803587 A SE9803587 A SE 9803587A SE 512549 C2 SE512549 C2 SE 512549C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
optical axis
camera
camcorder
light beam
mirror
Prior art date
Application number
SE9803587A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9803587L (en
SE9803587D0 (en
Inventor
Kjell Arnesson
Jens Einarsson
Anders Nilsson
Jan Spjuth
Claes Levinsson
Original Assignee
Saab Dynamics Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saab Dynamics Ab filed Critical Saab Dynamics Ab
Priority to SE9803587A priority Critical patent/SE512549C2/en
Publication of SE9803587D0 publication Critical patent/SE9803587D0/en
Priority to PCT/SE1999/001911 priority patent/WO2000023843A1/en
Publication of SE9803587L publication Critical patent/SE9803587L/en
Publication of SE512549C2 publication Critical patent/SE512549C2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/32—Devices for testing or checking
    • F41G3/326—Devices for testing or checking for checking the angle between the axis of the gun sighting device and an auxiliary measuring device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/12—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices with means for image conversion or intensification
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/003—Alignment of optical elements

Abstract

A system for virtual aligning of optical axes in a sight comprising a laser (1) having a first optical axis (2), a video camera (3) having a second optical axis (4), and an IR camera (6) having a third optical axis (7), the optical axes (3, 4, 7) being essentially parallel to each other, where a laser beam emitted from the laser (1) along its first optical axis (2) is caused by means of a prism (10) to be reflected 180 DEG and to be projected onto a sensor (5) in the video camera (3) so that a virtual aligning of the first (2) and second (4) optical axes can be executed by image processing, where a light source (15) is made send a light beam to a beam splitter (14) located in the second optical axis (4), whereby the light beam is deflected out through the video camera's (3) objective (13) and is reflected by a reflector into the video camera's (3) sensor, (5) permitting a virtual aligning of the light beam in relation to the first optical axis (2) to be effected, and where the reflector and prism (10) are moved aside and a mirror (20) is placed in the path of both the video camera's (3) optical axis (4) and the IR' camera's optical axis (7) so that the light beam from the light source (15) is reflected by the mirror (20) into the video camera's (3) sensor (5), and the IR camera's (6) IR beam is reflected by the mirror (20) whereby, since the geometry of the mirror (20) is known, a virtual alignment of the IR camera's (6) optical axis (7) with the light beam and thus with the first optical axis (2) is performed by mean of image processing.

Description

litllli nfiunn. . min .i .in in .tum . »in i i ifl in ._..4i iiiii iiiiim» i» l i 10 15 20 25 30 512 549 _; z BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt en aspekt av föreliggande uppfinning frarnläggs ett förfarande för en virtuell ensning av optiska axlar vid ett sikte specificerat i det oberoende förfarandekravet 1. litllli n fi unn. . min .i .in in .tum. »In i i i i fl in ._ .. 4i iiiii iiiiim» i »l i 10 15 20 25 30 512 549 _; DESCRIPTION OF THE INVENTION According to one aspect of the present invention, there is provided a method of virtual tuning of optical axes at a sight specified in the independent method claim 1.

Enligt ytterligare en aspekt av föreliggande uppfinning framläggs en anordning för virtuell ensning av optiska axlar vid ett sikte specificerat i det oberoende anordningskravet.According to a further aspect of the present invention, there is provided a device for virtual alignment of optical axes at a sight specified in the independent device requirement.

Uppfinningen medger ensning av videokamera och lR-kamera till en laserutpekare med hög noggrannhet. Utrustningen är i stort sett självkalibrerande vid ensningstillfället varför tole- ranskraven på ingående komponenter kan sättas relativt låga. Det viktiga är att i anordningen nyttjade komponenter är formstabila och uppmätta som individer, varvid kända fel vid upp- mätningen kan kompenseras för vid efterföljande Signalbehandling.The invention allows the tuning of a video camera and an IR camera to a laser pointer with high accuracy. The equipment is largely self-calibrating at the time of soldering, which is why the tolerance requirements for the components included can be set relatively low. It is important that components used in the device are dimensionally stable and measured as individuals, whereby known errors in the measurement can be compensated for in subsequent signal processing.

Utrustningen enligt uppfinningen upptar dessutom liten volym och är flexibel gentemot olika sensorkombinationer och placeringar.The equipment according to the invention also occupies a small volume and is flexible towards different sensor combinations and locations.

FIGURBESKRIVNING Fig. 1 visar schematiskt ensningsanordningens komponenter och strålgångar.DESCRIPTION OF THE FIGURES Fig. 1 schematically shows the components and beam paths of the uniformity device.

Fig. 2 återger strålgången vid proceduren för upplinjering av videokameran i förhållande till laserutpekaren.Fig. 2 shows the beam path in the procedure for aligning the camcorder relative to the laser pointer.

Fig. 3 visar strålgången vid proceduren för upplinjering av ljuskällan i förhållande till laserutpekaren.Fig. 3 shows the beam path in the procedure for aligning the light source relative to the laser pointer.

Fig. 4 visar strålgången vid proceduren för upplinjering av IR-kameran i förhållande till laserutpekaren. 10 15 20 25 30 35 512 549 :_ 3 BESKRIVNING Av UTFÖRINGSFORMER Ett antal föredragna utföringsformer beskrivs i det följande med stöd av ñgurema.Fig. 4 shows the beam path in the procedure for aligning the IR camera relative to the laser pointer. 10 15 20 25 30 35 512 549: _ 3 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS A number of preferred embodiments are described in the following with the aid of the embodiments.

Siktet innefattar en laserutpekare 1 som kan utsända en laserstråle längs en första optisk axel 2 mot ett mål. För att en operatör ska kunna sikta på målet under dagtid vid dagsljus och goda ljusförhållanden används i siktet en videokamera 3, vars optik är ordnad med en andra optisk axel 4, utefter vilken andra optiska axel synligt ljus infaller mot videokameran och kan detek- teras i videokamerans sensor 5. Sensom 5 utgörs i exemplet av ett CCD-chip. Som ett alterna- tiv för att kunna sikta på målet kan operatören använda sig av en värrnekänslig kamera, en IR- kamera 6, vilken används av operatören vid siktning mot målet under mörker eller under peri- oder med svåra ljusförhållanden. Optiken i IR-kameran 6 är ordnad utefter och centrerad längs en tredje optisk axel 7. Både videokameran och [R-kameran kan generera bildinformation i form av en elektrisk signal. Bilden presenteras för operatören på annan utrustning, t ex en monitor, med hjälp av denna elektriska signal. Före presentationen av bilden finns det möj- lighet att i annan utrustning, bildbehandlingsutrustning, manipulera den elektriska signalen så att presenterad bild förändras på ett önskat sätt. De tre optiska axlarna 2, 4, 7 löper i huvudsak parallellt, men viss olinjäritet kan förekomma. Om de tre optiska axlarna löper parallellt kan operatören medelst ett hårkors på den optiska axeln i någon av kameroma se till att resp kameras optiska axel styrs in på målet genom invridning av resp nyttjad kamera på målet som visas som en bild i kameran. Förekommer nämnda olinjäritet fungerar inte detta förfarande.The sight comprises a laser pointer 1 which can emit a laser beam along a first optical axis 2 towards a target. In order for an operator to be able to aim at the target during daylight in daylight and good lighting conditions, a video camera 3 is used in the sight, the optics of which are arranged with a second optical axis 4, along which second optical axis visible light is incident on the camcorder and can be detected in the camcorder's sensor 5. In the example, the sensor 5 consists of a CCD chip. As an alternative to being able to aim at the target, the operator can use a heat-sensitive camera, an IR camera 6, which is used by the operator when aiming at the target in the dark or during periods with difficult light conditions. The optics of the IR camera 6 are arranged along and centered along a third optical axis 7. Both the camcorder and the [R camera can generate image information in the form of an electrical signal. The image is presented to the operator on other equipment, such as a monitor, using this electrical signal. Prior to the presentation of the image, it is possible to manipulate the electrical signal in other equipment, image processing equipment, so that the presented image changes in a desired manner. The three optical axes 2, 4, 7 run substantially parallel, but some nonlinearity may occur. If the three optical axes run in parallel, the operator can by means of a crosshair on the optical axis in one of the cameras ensure that the optical axis of each camera is guided into the target by turning the respective camera used on the target displayed as an image in the camera. If said nonlinearity occurs, this procedure does not work.

Syftet med förfarandet och anordningen enligt uppfinningen är att upplinjera nämnda optiska axlar virtuellt, så att laserutpekarens 1 laserstråle på visst avstånd träffar den målyta som utgörs av den bild av målytan som presenteras i någon av kameroma 3, 6. Förfarandet för upplinjering på detta sätt benämns ensning. Genom detektering av avvikelse mellan den första optiska axeln 2 och videokamerans optiska axel, den andra optiska axeln 4, erhålls en första kalibreringssignal, som utgör ett mått på den uppmätta avvikelsen. Denna första kalibreringssignal memoreras och förs till en bildbehandlare som kalibrerar den elektriska signal som innehåller videokamerans bildinformation medelst den första kalibreringssignalen, så att den bildinformation som förs till monitom manipuleras på ett sådant sätt att bilden som genereras i videokameran förflyttas i sidled i relation till den avvikelse som uppmätts, varvid en virtuell upplinjering av videokameran i förhållande till laserutpekaren uppnås. Detta innebär att operatören siktar mot en punkt där denne tror att målet befinner sig, men bilden är IE illlIlllll' lll ll ll ll ..._t_JL. ....fl........-i.. _ 10 15 20 25 30 35 512 549 s, 4 inne monitorn förflyttad i relation till den uppmätta avvikelsen på ett sådant sätt att vid inriktning av videokameran mot målet laserutpekarens laserstråle som är ensad med videokameran hamnar på målet. Bildbehandling på beskrivet sätt för manipulering av signalen mellan en videokamera och en monitor utgör känd teknik och beskrivs ej vidare här.The object of the method and the device according to the invention is to align said optical axes virtually, so that the laser beam of the laser pointer 1 at a certain distance hits the target surface which consists of the image of the target surface presented in one of the cameras 3, 6. The method of alignment in this way is called ensning. By detecting a deviation between the first optical axis 2 and the optical axis of the camcorder, the second optical axis 4, a first calibration signal is obtained, which constitutes a measure of the measured deviation. This first calibration signal is memorized and fed to an image processor which calibrates the electrical signal containing the camcorder's image information by means of the first calibration signal, so that the image information fed to the monitor is manipulated in such a way that the image generated in the camcorder is moved laterally in relation to the deviation. measured, thereby achieving a virtual alignment of the camcorder relative to the laser pointer. This means that the operator is aiming at a point where he thinks the target is, but the image is IE illlIlllll 'lll ll ll ll ..._ t_JL. .... fl ........- i .. _ 10 15 20 25 30 35 512 549 s, 4 inside the monitor for fl advanced in relation to the measured deviation in such a way that when aligning the camcorder with the target laser pointer laser beam that is aligned with the camcorder ends up on the target. Image processing in the manner described for manipulating the signal between a video camera and a monitor constitutes known technology and is not described further here.

I anordningen som utgör siktet kan ett ihåligt takkantprisma 10 införas i laserstrålens väg på sätt som framgår av fig 1, när upplinjering ska genomföras. Laserstrålen träffar en första inre (11) snedställd reflekterande yta i det ihåliga takkantprismat 10, reflekteras 90°, träffar där- efter en andra inre (12) snedställd reflekterande yta i takkantprismat 10. Laserstrålen åter- reflekteras på detta sätt parallellförflyttad så att den kommer att infalla genom videokamerans 3 lins 13, passerar en stråldelare 14, för att därefter detekteras av videokamerans sensor 5, dvs CCD-chipet.In the device constituting the sight, a hollow roof edge prism 10 can be inserted into the path of the laser beam in the manner shown in fi g 1, when alignment is to be performed. The laser beam strikes a first inner (11) inclined reflecting surface in the hollow roof edge prism 10, is reflected 90 °, then hits a second inner (12) inclined reflecting surface in the roof edge prism 10. The laser beam is reflected back in this way so that it is parallel to the surface. incident through the lens 13 of the camcorder 3, passes a beam splitter 14, to be subsequently detected by the sensor 5 of the camcorder, i.e. the CCD chip.

En punktformig ljuskälla 15 för kalibrering vid en våglängd som är detekterbar för videoka- meran är integrerad internt i videokameran 3 mellan sensorn 5 och videokamerans 3 lins 13.A point light source 15 for calibration at a wavelength detectable by the camcorder is integrated internally in the camcorder 3 between the sensor 5 and the lens 13 of the camcorder 3.

Enligt exemplet är ljuskällan 15 anordnad så att den utsänder en ljusstråle vinkelrätt från sidan mot stråldelaren 14 som är anordnad i den andra optiska axelns 4 väg. Ljusstrålen reflekteras 90° och ut genom videokamerans lins 13. En reflektor bestående av en spegel 16 och ett ihå- ligt kubhörnsprisma 17 är anordnad i ljusstrålens väg, när upplinjering ska genomföras, längs den andra optiska axeln 4 så att ljusstrålen träffar den snedställda spegeln 16 och reflekterar ljusstrålen 90° i sidled. Där träffar ljusstrålen kubhörnsprismat 17, så att strålen återreflekteras utan någon vinkelavvikelse tillbaka till den snedställda spegeln 16, varigenom ljusstrålen på nytt reflekteras 90° och följer den andra optiska axeln 4 in mot videokamerans lins 13, passerar genom stråldelaren 14 utan avlänkning för att slutligen detekteras av videokamerans sensor 5. Kubhömsprismat 17 är geometriskt stabilt över temperatur och tid. Positioneringen av reflektom med spegeln 16 och prismat 17 är ej kritisk vid genomförande av upplinjeringen.According to the example, the light source 15 is arranged so that it emits a light beam perpendicular from the side towards the beam splitter 14 which is arranged in the path of the second optical axis 4. The light beam is reflected 90 ° and out through the camcorder's lens 13. A reflector consisting of a mirror 16 and a hollow cube corner prism 17 is arranged in the path of the light beam, when alignment is to be performed, along the second optical axis 4 so that the light beam hits the inclined mirror 16. and reflects the light beam 90 ° laterally. There, the light beam strikes the cube corner prism 17, so that the beam is reflected without any angular deviation back to the inclined mirror 16, whereby the light beam is re-reflected 90 ° and follows the second optical axis 4 towards the camcorder lens 13, passes through the beam splitter 14 without deflection. of the camcorder's sensor 5. The cube corner prism 17 is geometrically stable over temperature and time. The positioning of the rectifier with the mirror 16 and the prism 17 is not critical when performing the alignment.

Vid genomförande av upplinjeringen kan även en dubbelspegel 20 svängas in i siktlinjen för både videokameran 3 och lR-kameran 6, dvs så att den hamnar i vägen för både den andra 4 optiska axeln och den tredje 7 optiska axeln och dessutom samtidigt täcker större delen av dessas ljusöppningar. Vid insvängning av dubbelspegeln på nämnda sätt är reflektorn med 10 15 25 30 35 _ 512 549 t; s spegeln 16 och prismat 17 och prismat 10 ej i användning och förskjutna ur siktlinjema.When performing the alignment, a double mirror 20 can also be pivoted into the line of sight of both the video camera 3 and the 1R camera 6, i.e. so that it ends up in the path of both the second 4 optical axis and the third 7 optical axis and also simultaneously covers most of the their light openings. When swinging in the double mirror in said manner, the reflector with 10 15 25 30 35 _ 512 549 t; s mirror 16 and prism 17 and prism 10 not in use and offset from the lines of sight.

Dubbelspegeln 20 är utformad så att dess yta är plan i ljusstrålens väg framför videokameran 3, varvid dubbelspegeln följaktligen reflekterar ljusstrålen från den punktforrniga ljuskällan 15 tillbaka in i videokameran. Isiktlinjen framför IR-kameran, dvs i den optiska axeln för IR- i kameran är dubbelspegeln takformad, varvid på ett litet mellanrum från varandra två spegelbilder av den inbyggda värmestrålaren 21 produceras och uppfångas av IR-kameran 6.The double mirror 20 is designed so that its surface is flat in the path of the light beam in front of the camcorder 3, the double mirror consequently reflecting the light beam from the point light source 15 back into the camcorder. The line of sight in front of the IR camera, ie in the optical axis of the IR in the camera, the double mirror is roof-shaped, whereby at a small distance from each other two mirror images of the built-in heat radiator 21 are produced and captured by the IR camera 6.

Dubbelspegeln 20 är geometriskt stabil över förekommande temperaturer och över tiden.The double mirror 20 is geometrically stable over occurring temperatures and over time.

Proceduren för upplinjering sker i ett antal steg enligt följande: Takkantprismat 10 införes i strålgångens väg enligt ñg. 1 framför laserutpekaren l, varvid laserstrålen som sänds ut från denna utefter den första optiska axeln 2 kommer att träffa den första inre snedställda reflekterande ytan 11 och reflekteras 90 ° i sidled mot den andra sned- ställda inre reflekterande ytan 12 i det ihåliga takkantprismat 10. Laserstrålen kommer häri- genom att reflekteras på nytt i 90 ° och har sålunda avlänkats totalt 180 °. Takkantprismat 10 är avpassat och orienterat till siktets anordningar så att den återreflekterade laserstrålen centre- ras omkring den andra optiska axeln 4 och sålunda infaller genom videokamerans 3 lins 13, varefter laserstrålen träffar videokamerans sensor 5. Genom externt utförd medelvärdesbild- ning och spårning av energicentrum för laserstrålen, där denna faller på CCD-chipet som utgör videokamerans sensor 5 kan eventuell avvikelse för laserstrålen i förhållande till videokamerans egen optiska axel, den andra optiska axeln 4, detekteras. Härigenom är det möjligt att generera den ovan nämnda första kalibreringssignalen relaterad till avvikelsen och att elektroniskt memorera denna avvikelse och kompensera för nämnda avvikelse vid användning av siktet genom bildbehandling enligt ovan, vilket innebär att videokameran _ virtuellt upplinjeras med laserutpekarens 1 första optiska axel 2. lett följande steg förs takkantprismat 10 undan. Det kan vara svängbart anordnat, så att det Il lll lll l svängs in i strålgångainas väg som beskrivits eller svängs undan när det ej används. Reflek- torn med spegeln 16 och kubhömsprismat 17 skjuts in i strålgången för videokameran 3, l llllllll ll varefter ljuskällan 15 tänds. Se fig. 3. Ljusstrålen från den punktformiga ljuskällan 15 sänds ut ur videokameran 3 och återreflekteras tillbaka in i videokameran 3 till dennas sensor 5, så som ovan redovisats. Genom extemt utförd medelvärdesbildning och spårning av energicentrum 10 15 20 25 30 35 512 549 _. _ 6 för ljusstrålen från ljuskällan, där denna faller på CCD-chipet, som utgör videokamerans sensor 5, kan eventuell avvikelse för ljusstrålen i förhållande till videokamerans egen optiska axel, den andra optiska axeln 4, detekteras. Härigenom ä.r det möjligt att elektroniskt memore- ra denna avvikelse. Eftersom en memorering av den andra optiska axelns 4 avvikelse från den första optiska axeln 2 redan utförts kan nu ljusstrålens från ljuskällan 15 avvikelse från den första optiska axeln fastställas. Detta görs genom skapande av en andra kalibreringssignal som utgör ett mått på ljusstrålens avvikelse från den första optiska axeln 2.The alignment procedure is performed in a number of steps as follows: The roof edge prism 10 is inserted into the path of the beam path according to ñg. 1 in front of the laser pointer 1, the laser beam emitted therefrom along the first optical axis 2 will strike the first inner inclined reflecting surface 11 and be reflected 90 ° laterally to the second inclined inner reflecting surface 12 in the hollow roof edge prism 10. The laser beam is hereby re-reflected at 90 ° and has thus been deflected a total of 180 °. The roof edge prism 10 is adapted and oriented to the devices of the screen so that the refracted laser beam is centered around the second optical axis 4 and thus falls through the lens 13 of the camcorder 3, after which the laser beam hits the camcorder's sensor 5. Through externally performed averaging and tracking of energy. the laser beam, where it falls on the CCD chip which constitutes the camcorder's sensor 5, any deviation of the laser beam in relation to the camcorder's own optical axis, the second optical axis 4, can be detected. Hereby it is possible to generate the above-mentioned first calibration signal related to the deviation and to electronically memorize this deviation and compensate for said deviation when using the sight by image processing as above, which means that the camcorder is virtually aligned with the first optical axis 2 of the laser pointer 1. the following steps, the roof edge prism 10 is removed. It can be pivotally arranged so that it III lll lll l pivots into the path of the beam passages as described or pivots away when not in use. The reactor with the mirror 16 and the cube corner prism 17 is pushed into the beam path of the camcorder 3, l llllllll ll, after which the light source 15 is switched on. Se fi g. 3. The light beam from the point light source 15 is emitted from the camcorder 3 and re-reflected back into the camcorder 3 to its sensor 5, as reported above. Through extremely performed averaging and tracking of the energy center 10 15 20 25 30 35 512 549 _. 6 for the light beam from the light source, where it falls on the CCD chip, which constitutes the camcorder's sensor 5, any deviation of the light beam in relation to the camcorder's own optical axis, the second optical axis 4, can be detected. This makes it possible to electronically memorize this deviation. Since a memorization of the deviation of the second optical axis 4 from the first optical axis 2 has already been performed, the deviation of the light beam from the light source 15 from the first optical axis can now be determined. This is done by creating a second calibration signal which is a measure of the deviation of the light beam from the first optical axis 2.

Under ett påföljande procedursteg införs dubbelspegeln 20 i strålgångens väg för både video- kameran 3 och IR-kameran 6. Härvid används naturligtvis ej takkantprismat 10 och reflektorn med spegel 16 och prismat 17, vilka båda är bortförda ur strålgångarna. Se fig. 4. Ljusstrålen från den punktforrniga ljuskällan 15 âterreflekteras från den plana delen av dubbelspegeln 20 tillbaka in i videokameran till dess sensor 5. Genom externt utförd medelvärdesbildning och spårning av energicentrum för ljusstrålen, där denna faller på CCD-chipet som utgör video- kamerans sensor 5 kan nu dubbelspegeln 20 virtuellt upplinjeras i förhållande till den första optiska axeln 2, dvs till laserutpekaren 1. Detta sker genom bildande av en tredje kalibrerings- signal, vars värde memoreras, och som utgör ett mått på orienteringen av dubbelspegelns 20 läge i förhållande till den första optiska axeln 2. Eftersom den inbördes orienteringen och upplinjeringen av den plana delen och den takformiga delen av dubbelspegeln 20 i förhållande till varandra är känd innebär detta att den takformiga delen av dubbelspegeln 20 blir virtuellt upplinjerad i förhållande till laserutpekaren 1. lett avslutande steg upplinjeras IR-kameran i förhållande till laserutpekaren 1. Detta åstad- koms i ett första steg medelst den s k Narcissus-effekten, dvs IR-kameran finner själv sin spegelbild i den takformade delen av dubbelspegeln 20. Detta sker genom att lR-kameran 6 alstrar en termisk spegelbild genom reflexionerna i dubbelspegeln av dess kiyogeniskt kylda detektor. Eftersom den takformade delen av dubbelspegeln 20 alstrar dubbla spegelbilder, med ett mellanrum emellan, av den kylda detektom kan en efterföljande bildbehandling av IR- kamerans videosignal lokalisera centrum för IR-detektom med hög noggrannhet trots att IR- avsökaren är en ”scanning sensor”. En fjärde kalibreringssignal som används som ett värde på lR-kamerans optiska axel, den tredje optiska axeln 7, grundat på funnet läge för detektorns centrum vid spegling i dubbelspegeln 20. 10 15 » 512 549 e 7 Vid användning av IR-kameran som målsökare i siktet kan nu IR-kamerans optiska axeln virtuellt ensas med laserutpekarens optiska axel genom en sammanvägning av den första, andra, tredje och fjärde kalibreringssignalen, vilka tillsammans ger ett mått på IR-kamerans optiska axels 7 avvikelse från laserutpekarens optiska axel 1. Dessa kalibreringssignaler har som ovan nämnts memorerats under ensningen av siktet och kan nu användas så att den bild- information som förs till en bildmonitor från IR-kameran 6 manipuleras på ett sådant sätt att bilden som genereras i IR-kameran förflyttas i sidled i relation till den avvikelse som upp- mätts, varvid en virtuell upplinjering av IR-kameran 6 i förhållande till laserutpekaren 1 upp- nås. Detta innebär att lR-kamerans operatör siktar mot en punkt där denne tror att målet befin- ner sig, men bilden är inne monitom förflyttad i relation till den uppmätta avvikelsen på ett sådant sätt att vid inriktning av IR-kameran 6 mot målet laserutpekarens 1 laserstråle som är ensad med videokameran hamnar på målet. Bildbehandling på beskrivet sätt för manipulering av signalen mellan en kamera och en monitor utgör känd teknik och beskrivs ej vidare här. |_||ll || il llDuring a subsequent procedure step, the double mirror 20 is inserted in the path of the beam path for both the video camera 3 and the IR camera 6. Of course, the roof edge prism 10 and the reflector with mirror 16 and the prism 17 are not used, both of which are removed from the beam paths. Se fi g. 4. The light beam from the point light source 15 is reflected from the planar part of the double mirror 20 back into the camcorder to its sensor 5. By externally performing averaging and tracking of the energy center of the light beam, where it falls on the CCD chip which constitutes the camcorder's sensor 5 The double mirror 20 can now be virtually aligned with respect to the first optical axis 2, i.e. with the laser pointer 1. This is done by forming a third calibration signal, the value of which is memorized, and which constitutes a measure of the orientation of the position of the double mirror 20 relative to the laser. first optical axis 2. Since the mutual orientation and alignment of the planar part and the roof-shaped part of the double mirror 20 relative to each other is known, this means that the roof-shaped part of the double mirror 20 becomes virtually aligned with the laser pointer 1. the leading final step is aligned IR camera in relation to the laser pointer 1. This was done s in a first step by means of the so-called Narcissus effect, ie the IR camera finds its own mirror image in the roof-shaped part of the double mirror 20. This is done by the IR camera 6 generating a thermal mirror image through the reactions in the double mirror of its kioogenically cooled detector. Since the roof-shaped part of the dual mirror 20 generates double mirror images, at intervals, of the cooled detector, a subsequent image processing of the IR camera's video signal can locate the center of the IR detector with high accuracy even though the IR scanner is a "scanning sensor". A fourth calibration signal used as a value on the optical axis of the IR camera, the third optical axis 7, based on the position found for the center of the detector when mirroring in the double mirror 20. 10 15 »512 549 e 7 When using the IR camera as a target finder in The optical axis of the IR camera can now be virtually aligned with the optical axis of the laser pointer by weighting the first, second, third and fourth calibration signals, which together provide a measure of the deviation of the optical axis 7 of the IR camera from the optical axis of the laser pointer 1. These calibration signals have as mentioned above was memorized during the unification of the sight and can now be used so that the image information fed to an image monitor from the IR camera 6 is manipulated in such a way that the image generated in the IR camera is moved laterally in relation to the deviation measured, whereby a virtual alignment of the IR camera 6 in relation to the laser pointer 1 is achieved. This means that the operator of the IR camera aims at a point where he believes that the target is, but the image is inside the monitor for fl shifted in relation to the measured deviation in such a way that when aligning the IR camera 6 towards the target the laser beam 1 laser beam which is aligned with the camcorder ends up on the target. Image processing in the manner described for manipulating the signal between a camera and a monitor constitutes known technology and is not described further here. | _ || ll || il ll

Claims (1)

5 10 15 20 25 30 35 512 549 _ _ 8 PATENTKRAV5 10 15 20 25 30 35 512 549 _ _ 8 PATENT REQUIREMENTS 1. Förfarande för virtuell upplinjering av optiska axlar (2,4,7) vid ett sikte som innefattar en laser (1) med en första optisk axel (2), en videokamera (3) med en andra optisk axel (4) samt en lR-kamera (6) med en tredje optisk axel (7), där första (2), andra (4) och tredje (7) optiska axel är huvudsakligen parallella med varandra, kännetecknat av att förfarandet innefattar stegen: a) en laserstråle som sänds från lasem (1) längs dess första optiska axel (2) bringas medelst ett prisma (10) att reflekteras l80° och infalla till en sensor (5) i videokameran (3), b) en detektering av avvikelse mellan första (2) och andra optiska (4) axel genomförs c) en ljuskälla (15) bringas att sända en ljusstråle mot en stråldelare (14) belägen i den andra optiska axeln (4), så att ljusstrålen avlänkas ut genom videokamerans (3) objektiv (13) och återreflekteras medelst en reflektor (16, 17) in till videokamerans (3) sensor (5), d) en detektering av avvikelse mellan ljusstrålen i förhållande till första optiska axeln (2) genomförs, e) reflektorn (16, 17) och prismat (10) förs undan och en spegel (20) placeras i vägen för videokamerans (3) optiska axel (4) och IR-kamerans optiska axel (7), så att ljusstrålen från ljuskällan (15) återreflekteras från spegeln (20) in till videokamerans (3) sensor (5), f) lR-kamerans (6) IR-stråle återreflekteras från spegeln (20), g) eftersom spegelns (20) geometri är känd detekteras avvikelse mellan lR-kamerans (6) optiska axel (7) och ljusstrålen. h) detekterade avvikelser används vid bildbehandling för en virtuell upplinjering av videokameran (3) och lR-kameran (6) till laserutpekaren (1). Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att den virtuella upplinjeringen av den första optiska axeln (2) och den andra optiska axeln (4) utförs genom att: - ett prisma (10) införs i strålgångens väg framför laserutpekaren (1), varvid laserstrålen som sänds ut från laserutpekaren utefter den första optiska axeln (2) kommer att träffa en första inre snedställd reflekterande yta (l 1) och reflekteras 90° i sidled mot en andra snedställd inre reflekterande yta (12) i prismat (10), så att laserstrålen härigenom reflekteras ytterligare 90° och sålunda avlänkas totalt 180 °, 10 15 20 25 30 35 _ 512 549 p; 9 - prismat (10) är anordnat så att den åter-reflekterade laserstrålen centreras omkring den andra optiska axeln (4) och infaller genom videokamerans (3) lins (13), varefter laserstrålen träffar videokamerans sensor (5), - avvikelsen för laserstrålen i förhållande till videokarnerans (3) egen optiska axel, den andra optiska axeln 4, detekteras och memoreras och - den detekterade och memorerade avvikelsen används vid bildbehandling för kalibrering av videokamerans (3) bildsignal för kompensation av avvikelsen.mellan den första och den andra optiska axeln. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att upplinjeringen av ljusstrålen i förhållande till första optiska axeln (2) utförs genom att, - prismat ( 10) falls undan, - reflektorn innefattande en snedställd spegel (16) och ett kubhörnsprisma (17) skjuts in i strålgången för videokameran (3), - ljuskällan (15) tänds, varvid ljusstrålen från ljuskällan (15) sänds ut ur videokameran (3) och återreflekteras via den snedställda spegeln (16) och kubhömsprismat (17) tillbaka in i videokameran (3) till dennas sensor (5), - avvikelsen för ljusstrålen i förhållande till videokamerans (3) egen optiska axel, den andra optiska axeln 4, detekteras och memoreras, - avvikelsen för ljusstrålen i förhållande till den första optiska axeln (2) bildar en andra kalibreringssignal som memoreras. Förfarande enligt patentkrav 3, kännetecknat av att upplinjeringen av IR-kamerans (6) optiska axel (7) till ljusstrålen och därmed till den första optiska axeln (2) utförs genom att: - spegeln (20) som innefattar både en plan del och en takforrnad del återreflekterar från den plana delen ljusstrålen från ljuskällan (15) tillbaka in till videokamerans (3) sensor (5), - avvikelsen för den återreflekterade ljusstrålen i förhållande till videokamerans (3) egen optiska axel, den andra optiska axeln 4, detekteras och memoreras, varvid spegelns (20) linjering i förhållande till den första optiska axeln (2) kan memoreras som en tredje kalibreringssígnal, ut. lllm .m | _ä_ mi... _. _ 10 15 20 25 30 35 _ 512 549 ; 10 - den takformade delan av spegeln (20) återreflekterar IR-ljusstrålen från IR-kameran (6) tillbaka in till IR-kamerans (6) detektor, varvid orientering av IR-karnerans optiska axel (7) kan bestämmas och representeras av en fjärde kalibreringssignal och - de genererade och mernorerade kalibreringssignalerna används vid bildbehandling för kalibrering av IR-kamerans (6) bildsignal för kompensation av avvikelsen.mel1an IR- kamerans (6) optiska axel (7) och den första optiska axeln (2). Anordning för virtuell upplinjering av optiska axlar (2,4,7) vid ett sikte som innefattar en laser (1) med en första optisk axel (2), en videokamera (3) med en andra optisk axel (4) samt en IR-kamera (6) med en tredje optisk axel (7), där första (2), andra (4) och tredje (7) optiska axel är huvudsakligen parallella med varandra, kännetecknad av att - ett första reflekterande organ (10) är anordnat att införas i en laserstråle utsänd från lasem (1), så att laserstrålen återreflekteras tillbaka in i videokameran (3) för virtuell upplinjering av videokameran (3) till den första optiska axeln (2) medelst bildbandling, - en ljuskälla (15) är anordnad att sända en ljusstråle ut genom videokamerans (3) lins (15) och träffar ett andra reflekterande organ (16, 17) som är infört i ljusstrålens väg, så att ljusstrålen återreflekteras in till videokameran (3) för virtuell upplinjering av ljusstrålen i förhållande till den första optiska axeln (2), - ett tredje reflekterande organ (20) är anordnat att placeras i strålgången för både videokameran (3) och lR-kameran (6), så att ljusstrålen från ljuskällan (15) återreflekteras in i videokameran (3) och så att IR-kamerans ljus (6) återreflekteras in i lR-karneran för virtuell upplinjering av IR-kameran (6) i förhållande till den första optiska axeln (2) medelst bildbehandling. Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad av att det första reflekterande organet (10) utgörs av ett ihåligt takkantprísma med en första inre (1 l) snedställd reflekterande yta som avlänkar laserstrålen 90° och med en andra inre (12) snedställd reflekterande yta som avlänkar laserstrålen ytterligare 90° Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad av att ljuskällan (15) är punktforrnig och anordnad inuti videokameran (3) så att ljus infaller mot en stråldelare (14) placerad på den andra optiska axeln (4), 10 15 20 10. ll. _ 512 549 ; 11 Anordning enligt patentkrav 7, kännetecknad av att ljuskällan (15) sänder ut ljus med sådan våglängd som kan detekteras av en sensor (5) i videokameran (3). Anordning enligt patentkrav 7, kännetecknad av att den andra reflektom innefattar en snedställd spegel (16) och ett ihåligt kubhömsprisma (17), där spegeln (16) avlänkar ljusstrålen 90° mot kubhömsprismat (17), varvid ljusstrålen reflekteras 180° tillbaka mot spegeln ( 16), där ljusstrålen ånyo reflekteras 90° in mot videokamerans (3) sensor (5). Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad av att det tredje reflekterande organet (20) utgörs av en dubbelspegel som innefattar dels en plan spegelde] som återreflekterar ljusstrålen från ljuskällan ( 15), dels en takformad sepegeldel som reflekterar ljuset som sänds ut från IR-kameran (6). Anordning enligt patentkrav 10, kännetecknad av att den takformade delen av dubbelspegeln (20 är utformat att skapa två spegelbilder av en värmestrålare i IR- kameran (6). tl H1A method of virtually aligning optical axes (2,4,7) at a sight comprising a laser (1) having a first optical axis (2), a video camera (3) having a second optical axis (4) and a 1R camera (6) with a third optical axis (7), wherein first (2), second (4) and third (7) optical axes are substantially parallel to each other, characterized in that the method comprises the steps of: a) a laser beam which transmitted from the laser (1) along its first optical axis (2) is caused by a prism (10) to be reflected 180 ° and incident on a sensor (5) in the video camera (3), b) a detection of deviation between the first (2) and second optical axis (4) axis is performed c) a light source (15) is caused to transmit a light beam towards a beam splitter (14) located in the second optical axis (4), so that the light beam is deflected out through the lens (13) of the camcorder (3) and re-reflected by means of a reflector (16, 17) into the sensor (5) of the camcorder (3), d) a detection of deviation between the light beam relative to the first the optical axis (2) is performed, e) the reflector (16, 17) and the prism (10) are moved away and a mirror (20) is placed in the path of the optical axis (4) of the camcorder (3) and the optical axis (7) of the IR camera. , so that the light beam from the light source (15) is fl echoed from the mirror (20) into the sensor (5) of the camcorder (3), f) the IR beam of the 1R camera (6) is re echoed from the mirror (20), g) because the mirror (20) geometry is known, the deviation between the optical axis (7) of the 1R camera (6) and the light beam is detected. h) detected deviations are used in image processing for a virtual alignment of the camcorder (3) and the IR camera (6) to the laser pointer (1). Method according to claim 1, characterized in that the virtual alignment of the first optical axis (2) and the second optical axis (4) is performed by: - inserting a prism (10) in the path of the beam path in front of the laser pointer (1), the laser beam being transmitted from the laser pointer along the first optical axis (2) will strike a first inner inclined reflecting surface (l 1) and be reflected 90 ° laterally towards a second inclined inner reflecting surface (12) in the prism (10), so that the laser beam thereby reflecting an additional 90 ° and thus deflecting a total of 180 °, 10 15 20 25 30 35 _ 512 549 p; The prism (10) is arranged so that the re-reflected laser beam is centered around the second optical axis (4) and is incident through the lens (13) of the camcorder (3), after which the laser beam strikes the sensor (5) of the camcorder, - the deviation of the laser beam in relation to the video core (3)'s own optical axis, the second optical axis 4, is detected and memorized and - the detected and memorized deviation is used in image processing to calibrate the image signal of the video camera (3) to compensate for the deviation.between the first and the second optical axis . Method according to claim 2, characterized in that the alignment of the light beam relative to the first optical axis (2) is performed by, - the prism (10) falling away, - the reflector comprising an inclined mirror (16) and a cube corner prism (17) the beam path of the camcorder (3), the light source (15) is switched on, the light beam from the light source (15) is emitted from the camcorder (3) and reflected again via the inclined mirror (16) and the cube corner prism (17) back into the camcorder (3) to its sensor (5), - the deviation of the light beam relative to the camcorder (3)'s own optical axis, the second optical axis 4, is detected and memorized, - the deviation of the light beam relative to the first optical axis (2) forms a second calibration signal which memorized. Method according to claim 3, characterized in that the alignment of the optical axis (7) of the IR camera (6) to the light beam and thus to the first optical axis (2) is performed by: - the mirror (20) comprising both a flat part and a the recessed portion reflects from the planar portion the light beam from the light source (15) back into the camcorder (3) sensor (5), - the deviation of the reflected light beam relative to the camcorder (3)'s own optical axis, the second optical axis 4, is detected and memorized, whereby the alignment of the mirror (20) relative to the first optical axis (2) can be memorized as a third calibration signal, out. lllm .m | _ä_ mi ... _. _ 10 15 20 25 30 35 _ 512 549; The roof-shaped part of the mirror (20) reflects the IR light beam from the IR camera (6) back into the detector of the IR camera (6), whereby the orientation of the optical axis (7) of the IR core can be determined and represented by a fourth calibration signal and - the generated and mernored calibration signals are used in image processing to calibrate the IR camera (6) image signal to compensate for the deviation between the optical axis (7) of the IR camera (6) and the first optical axis (2). Device for virtual alignment of optical axes (2,4,7) at a sight comprising a laser (1) with a first optical axis (2), a video camera (3) with a second optical axis (4) and an IR camera (6) with a third optical axis (7), wherein first (2), second (4) and third (7) optical axes are substantially parallel to each other, characterized in that - a first reflecting means (10) is arranged to is inserted into a laser beam emitted from the laser (1), so that the laser beam is re-reflected back into the camcorder (3) for virtual alignment of the camcorder (3) to the first optical axis (2) by means of image banding, - a light source (15) is arranged to transmitting a light beam out through the lens (15) of the video camera (3) and striking a second reflecting means (16, 17) inserted in the path of the light beam, so that the light beam is re-reflected into the video camera (3) for virtual alignment of the light beam relative to the light beam. first optical axis (2), - a third reflecting means (20) is arranged to is placed in the beam path of both the camcorder (3) and the IR camera (6), so that the light beam from the light source (15) is fl-reflected into the camcorder (3) and so that the IR camera light (6) is åter-reflected into the IR camera for virtual aligning the IR camera (6) with respect to the first optical axis (2) by image processing. Device according to claim 5, characterized in that the first reflecting means (10) consists of a hollow roof edge prism with a first inner (1 l) inclined reflecting surface which deflects the laser beam 90 ° and with a second inner (12) inclined reflecting surface which deflects a further 90 ° device according to claim 5, characterized in that the light source (15) is point-shaped and arranged inside the video camera (3) so that light is incident on a beam splitter (14) placed on the second optical axis (4), 10. . _ 512 549; Device according to claim 7, characterized in that the light source (15) emits light with such a wavelength that can be detected by a sensor (5) in the video camera (3). Device according to claim 7, characterized in that the second rectifier comprises an inclined mirror (16) and a hollow cube corner prism (17), the mirror (16) deflecting the light beam 90 ° towards the cube corner prism (17), the light beam being reflected 180 ° back towards the mirror. 16), where the light beam is again reflected 90 ° towards the sensor (5) of the camcorder (3). Device according to claim 5, characterized in that the third reflecting means (20) consists of a double mirror which comprises on the one hand a flat mirror image which reflects the light beam from the light source (15) and on the other hand a ceiling-shaped mirror image which reflects the light emitted from the IR camera ( 6). Device according to claim 10, characterized in that the roof-shaped part of the double mirror (20) is designed to create two mirror images of a heat radiator in the IR camera (6).
SE9803587A 1998-10-21 1998-10-21 System for virtual alignment of optical axes SE512549C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9803587A SE512549C2 (en) 1998-10-21 1998-10-21 System for virtual alignment of optical axes
PCT/SE1999/001911 WO2000023843A1 (en) 1998-10-21 1999-10-21 System for virtual aligning of optical axes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9803587A SE512549C2 (en) 1998-10-21 1998-10-21 System for virtual alignment of optical axes

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9803587D0 SE9803587D0 (en) 1998-10-21
SE9803587L SE9803587L (en) 2000-04-03
SE512549C2 true SE512549C2 (en) 2000-04-03

Family

ID=20413023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9803587A SE512549C2 (en) 1998-10-21 1998-10-21 System for virtual alignment of optical axes

Country Status (2)

Country Link
SE (1) SE512549C2 (en)
WO (1) WO2000023843A1 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3074642U (en) * 2000-07-06 2001-01-19 鎌倉光機株式会社 Field scope with digital video camera
DE102004049254B4 (en) * 2004-10-05 2013-07-25 Picanol Gripper transport element for a loom
US7667198B2 (en) * 2008-04-02 2010-02-23 Flir Systems Ab IR camera and a method for processing information in images
SE1000697A1 (en) * 2010-06-29 2011-11-08 Flir Systems Ab Device for uniforming of equipment
WO2014012946A1 (en) * 2012-07-16 2014-01-23 Flir Systems Ab Correction of image distortion in ir imaging
CN109003306B (en) * 2017-06-07 2023-08-08 安波福电子(苏州)有限公司 Optical axis deflection measuring device and method for vehicle-mounted camera
CN115016089B (en) * 2022-08-09 2022-11-04 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 Rapid light path alignment method for split building block reflective wind tunnel schlieren instrument

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3739698A1 (en) * 1987-11-24 1989-06-08 Messerschmitt Boelkow Blohm OPTRONIC VISOR
US5675412A (en) * 1995-11-24 1997-10-07 On-Line Technologies, Inc. System including unified beamsplitter and parallel reflecting element, and retroreflecting component

Also Published As

Publication number Publication date
SE9803587L (en) 2000-04-03
SE9803587D0 (en) 1998-10-21
WO2000023843A1 (en) 2000-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11536567B2 (en) Surveying instrument
US7034300B2 (en) Infrared camera sensitive for infrared radiation
US7868277B2 (en) Device and method for a sight
US7355178B2 (en) Infrared thermometer with through-the-lens visible targeting system
CN101776516B (en) Position detector-based dividing plane-sharing multispectral target
US9674423B2 (en) Surveying apparatus with function for calibrating focusing optical unit positions to be set in a distance-dependent manner
CN101706327B (en) Multi-zone non-contact infrared thermometer
US9482756B2 (en) Tracker unit and method in a tracker unit
US5963311A (en) Surface and particle imaging pyrometer and method of use
CN104603635B (en) Utilize the laser tracker mixing formation method for extending measurement scope
CN114509005B (en) Coordinate measuring device with automatic target recognition function and recognition method thereof
US9213101B2 (en) Self-aligned aiming system and technique for a laser rangefinder incorporating a retroreflector
US4200251A (en) Device for a sight
GB2149141A (en) Day and night sighting apparatus
US4429993A (en) Method and apparatus for testing the correspondence of line of sight with target line
SE512549C2 (en) System for virtual alignment of optical axes
US20230144958A1 (en) Shooting device, sighting apparatus, imaging rangefinder and adjusting method thereof
US11178332B2 (en) Digital boresighting laser range finder to imaging device
US5734466A (en) Alignment, code and power test of airborne laser designators
EP0317653A1 (en) Apparatus for remote measurement of temperatures
CN113064137A (en) Fixed-distance high-spatial-resolution laser radar and detection method
SE453430B (en) ADAPTATION LINK BETWEEN AIM AND DIRECTION DEVICE
US5334828A (en) Boresight system and calibration method
CN214372928U (en) Infrared aiming light path module and infrared temperature measurer
US8125642B2 (en) Process to optically align a photoreceiver with a laser transmitter source in a laser rangefinder system

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed