一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，包括依次設(shè)置的轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)上的導(dǎo)軌、被標(biāo)定的光學(xué)系統(tǒng)物方的目標(biāo)發(fā)生器、被標(biāo)定光學(xué)系統(tǒng)的像方的像分析器。本實(shí)用新型的一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同物距目標(biāo)的提供。
【專利說(shuō)明】一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光學(xué)測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種用于標(biāo)定f- Θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的裝置，尤其涉及一種用于f- Θ結(jié)構(gòu)形式的光學(xué)相機(jī)在與探測(cè)器對(duì)接前光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定。
【背景技術(shù)】
[0002]f- Θ光學(xué)系統(tǒng)俗稱魚(yú)眼鏡頭，其視場(chǎng)可達(dá)180度以上，其在攝影方面的特殊應(yīng)用已是眾所周知，然而，魚(yú)眼鏡頭的用途遠(yuǎn)不止此。在天文、氣象、電影、測(cè)量、管道檢測(cè)、防火監(jiān)視、醫(yī)療內(nèi)窺檢查乃至公安、邊防等方面，它們也大有用武之地。在當(dāng)今信息化時(shí)代，魚(yú)眼鏡頭又在導(dǎo)航、定位、遙感、光通信、機(jī)器視覺(jué)、微小智能系統(tǒng)等領(lǐng)域得到成功應(yīng)用；而在國(guó)防和軍事上，它們更是占有重要而不可替代的地位，但魚(yú)眼鏡頭的設(shè)計(jì)比常規(guī)系統(tǒng)困難得多，魚(yú)眼相機(jī)一次可拍攝約180度視場(chǎng)范圍的景物，同普通光學(xué)系統(tǒng)的相機(jī)相比，魚(yú)眼照片包含了更多的信息。因此，魚(yú)眼相機(jī)在視覺(jué)導(dǎo)航和近距離大視場(chǎng)物體識(shí)別與定位中有著廣泛應(yīng)用。但是，由于魚(yú)眼鏡頭的特殊性導(dǎo)致魚(yú)眼相機(jī)有著非常嚴(yán)重的圖像變形，魚(yú)眼鏡頭的成像平面不是平面，而是近似于球狀的曲面，因此，魚(yú)眼鏡頭成像不是理想的透視投影。高精度標(biāo)定魚(yú)眼鏡頭參數(shù)成為魚(yú)眼視覺(jué)系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)之一，其參數(shù)中有一項(xiàng)最重要的就是光學(xué)系統(tǒng)的畸變。雖然畸變并不影響圖像清晰度，但是光學(xué)系統(tǒng)有畸變卻直接影響成像的幾何位置精度，視場(chǎng)越大畸變?cè)酱蟆榱说玫綔?zhǔn)確的幾何位置圖像，雖然光學(xué)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于不同視場(chǎng)的畸變盡可能進(jìn)行校正，但是由于加工和裝配必然會(huì)產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致最終成型的光學(xué)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)結(jié)果存在較大偏差，這就要求需要對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的畸變量進(jìn)行精確測(cè)量，設(shè)法找出光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際畸變誤差分布，必要時(shí)用數(shù)學(xué)的方法予以修正，以達(dá)到提高精度的目的。目前尚沒(méi)有專門用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變標(biāo)定的裝置，偶見(jiàn)報(bào)道使用專門制作的靶標(biāo)進(jìn)行定性驗(yàn)證，此方法弊端較多:不同類型的f-θ光學(xué)系統(tǒng)需設(shè)計(jì)不同的靶標(biāo)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)通用性；即使同一個(gè)f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)在不同物距條件下，靶標(biāo)大小也不一樣；靶標(biāo)制作比較復(fù)雜；測(cè)量精度低，受到靶標(biāo)制作和標(biāo)定的影響，最終畸變標(biāo)定精度在百分之一左右；靶標(biāo)是平面圖形，無(wú)法提供真實(shí)的曲面效果。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同物距目標(biāo)的提供。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:一種f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，其特征在于:所述測(cè)試裝置包括依次設(shè)置的轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)上的導(dǎo)軌、被標(biāo)定的光學(xué)系統(tǒng)物方的目標(biāo)發(fā)生器、被標(biāo)定光學(xué)系統(tǒng)的像方的像分析器。
[0005]上述目標(biāo)發(fā)生器包括依次設(shè)置在導(dǎo)軌上的光源、準(zhǔn)直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標(biāo)微縮鏡，所述光源、準(zhǔn)直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標(biāo)微縮鏡設(shè)置在同一光軸上。
[0006]上述像分析器包括成像物鏡、探測(cè)器以及三維移動(dòng)支架；所述成像物鏡根據(jù)一定的成像關(guān)系與探測(cè)器連接，所述成像物鏡和探測(cè)器設(shè)置在三維維移動(dòng)支架上。
[0007]上述測(cè)試裝置還包括計(jì)算單元，所述計(jì)算單元包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)包括控制轉(zhuǎn)臺(tái)、導(dǎo)軌、二維移動(dòng)支架運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制單元以及計(jì)算畸變的計(jì)算處理單元。
[0008]上述像分析器和計(jì)算機(jī)設(shè)置在平臺(tái)上，所述像分析器的前端設(shè)置用于固定f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)的專用工裝。
[0009]上述轉(zhuǎn)臺(tái)和導(dǎo)軌是手動(dòng)形式或者電動(dòng)控制。
[0010]上述目標(biāo)發(fā)生器外部設(shè)置黑箱，所述黑箱是進(jìn)行發(fā)黑處理的金屬箱體或者黑布罩。
[0011]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0012]I)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同物距目標(biāo)的提供；
[0013]2)通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)目標(biāo)模擬器轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)具有曲面效果目標(biāo)的提供；
[0014]3)目標(biāo)模擬器中設(shè)計(jì)有位置安插光學(xué)濾光片和減光板，可以調(diào)節(jié)目標(biāo)的發(fā)射光譜和信號(hào)強(qiáng)弱以滿足不同光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)定需要；
[0015]4)使用該裝置可以實(shí)現(xiàn)不同物距、不同工作譜段光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)定，具有通用性，工作效率高；
[0016]5)測(cè)量精度高，相對(duì)畸變標(biāo)定精度可以達(dá)到萬(wàn)分之一。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)用新型是一種f-θ光學(xué)系統(tǒng)的畸變測(cè)試裝置，包括轉(zhuǎn)臺(tái)1、長(zhǎng)導(dǎo)軌2、由光源
4、準(zhǔn)直鏡5、濾光片6、聚光鏡7、星孔板8、目標(biāo)微縮鏡9組成的目標(biāo)發(fā)生器、專用工裝11、由成像物鏡12、探測(cè)器13、三維移動(dòng)支架14組成的像分析器、計(jì)算機(jī)15、平臺(tái)16組成，計(jì)算機(jī)15包括自動(dòng)控制軟件、計(jì)算處理軟件；目標(biāo)發(fā)生器設(shè)置在被標(biāo)定的光學(xué)系統(tǒng)物方，像分析器設(shè)置在被標(biāo)定光學(xué)系統(tǒng)的像方，運(yùn)動(dòng)部件與計(jì)算機(jī)相連，由自動(dòng)控制軟件控制其運(yùn)動(dòng)。
[0019]轉(zhuǎn)臺(tái)I的作用是帶動(dòng)目標(biāo)發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，為f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)提供軸外視場(chǎng)的目標(biāo)，可以是電控或者手動(dòng)形式的、能夠給出精密轉(zhuǎn)角的儀器；長(zhǎng)導(dǎo)軌2的作用是帶動(dòng)目標(biāo)發(fā)生器直線運(yùn)動(dòng)，為f-θ光學(xué)系統(tǒng)提供有限工作距的目標(biāo)，可以是手動(dòng)或者電控的，也可以是其它形式的直線導(dǎo)軌或平移臺(tái)等；黑箱3的作用是將目標(biāo)發(fā)生器的光學(xué)元件放置在內(nèi)，防止外界光源的干擾，影響測(cè)試結(jié)果，可以是金屬箱體進(jìn)行發(fā)黑處理，也可以是用黑布罩起來(lái)的；
[0020]光源4可以是鹵素?zé)舻纫磺心馨l(fā)光的物體，能夠照亮目標(biāo)分劃板即可，只是光源的亮度及光譜范圍不同而已，要求尺寸盡可能小；準(zhǔn)直鏡5的作用是將光源4能量進(jìn)行準(zhǔn)直；濾光片6的作用是根據(jù)被測(cè)f-θ光學(xué)系統(tǒng)的需要，對(duì)光源4進(jìn)行濾波，提供給f-θ光學(xué)系統(tǒng)需要的光譜范圍；聚光鏡7的作用是再次將光源進(jìn)行會(huì)聚；星孔板8是為了給待測(cè)試的f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)提供成像目標(biāo)；目標(biāo)微縮鏡9的作用是將星孔板8進(jìn)行縮放，這樣可以將星孔板8尺寸加大，省去小星孔難加工的難題，并且可以收集到更多的能量；專用工裝11的作用是支撐被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，并便于光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整；[0021]像分析器的作用是將經(jīng)過(guò)被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)所成的目標(biāo)像進(jìn)行接收；采用探測(cè)器13是為了能夠多人實(shí)時(shí)觀看，可以對(duì)任意譜段的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，并且可以采集圖像用于后續(xù)的結(jié)果計(jì)算和處理；三位移動(dòng)支架14可以帶動(dòng)成像物鏡和探測(cè)器沿被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)光軸前后運(yùn)動(dòng)找到像面，并可以帶動(dòng)成像物鏡和探測(cè)器垂直被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)光軸左右運(yùn)動(dòng)，采集軸外視場(chǎng)目標(biāo)像的信息，為了提高測(cè)試精度，左右方向的運(yùn)動(dòng)要求能夠給出精度比較高的長(zhǎng)度信息，可以是帶數(shù)顯或光柵尺的精密移動(dòng)平臺(tái)，也可以是采用激光測(cè)距法給出的長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)信息。
[0022]自動(dòng)控制軟件可以控制轉(zhuǎn)臺(tái)1、長(zhǎng)導(dǎo)軌2、三位移動(dòng)支架14按照需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；計(jì)算處理軟件是結(jié)合被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)際計(jì)算畸變的一種算法；光學(xué)平臺(tái)16的作用是放置其他設(shè)備，便于調(diào)試測(cè)量，可以是任何平臺(tái)、支架，只要能夠穩(wěn)定可靠的承載其他設(shè)備即可。
[0023]本實(shí)用新型的具體工作過(guò)程及原理:
[0024]目標(biāo)發(fā)生器的工作原理:光源4發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡5后變?yōu)闇?zhǔn)直光出射，經(jīng)濾光片6轉(zhuǎn)換為所需要的波長(zhǎng)后，再次經(jīng)過(guò)聚光鏡7照亮星孔板8，被照亮的星孔板8經(jīng)目標(biāo)微縮鏡9后縮小成像，作為最終目標(biāo)提供給被測(cè)f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)；
[0025]將目標(biāo)發(fā)生器固定在長(zhǎng)導(dǎo)軌2載物臺(tái)上，通過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)軌2的移動(dòng)，可以給出不同距離的目標(biāo)；將長(zhǎng)導(dǎo)軌2安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)I上，再將f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)裝在專用工裝11上；長(zhǎng)導(dǎo)軌2前后移動(dòng)，使目標(biāo)位于f-θ光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)工作距離處，目標(biāo)經(jīng)f-θ光學(xué)系統(tǒng)成像后由像分析器接收；
[0026]像分析器的工作原理:目標(biāo)像經(jīng)成像物鏡12進(jìn)行成像后，由探測(cè)器13接收，完成最終圖像的采集；調(diào)整目標(biāo)發(fā)生器光軸、f- Θ光學(xué)系統(tǒng)光軸和像分析器視軸位于一條直線上，沿f- Θ光學(xué)系統(tǒng)光軸方向調(diào)節(jié)像分析器三維移動(dòng)支架14，使其位于最佳像面位置，開(kāi)始測(cè)試；
[0027]在計(jì)算機(jī)15中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，自動(dòng)控制軟件控制轉(zhuǎn)臺(tái)I轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)角度，同時(shí)聯(lián)動(dòng)控制二維移動(dòng)支架14在像面垂直被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)平移，此時(shí)會(huì)在像分析器的探測(cè)器13上顯示目標(biāo)經(jīng)f-θ光學(xué)系統(tǒng)所成的像，同時(shí)采集轉(zhuǎn)臺(tái)I轉(zhuǎn)動(dòng)的角度、三維移動(dòng)支架15移動(dòng)的長(zhǎng)度、目標(biāo)圖像；
[0028]自動(dòng)控制軟件控制轉(zhuǎn)臺(tái)I在f_Θ光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)視場(chǎng)角后，完成控制采集工作，這樣就得到一系列的轉(zhuǎn)臺(tái)角度Q1、二維移動(dòng)支架的長(zhǎng)度yi和目標(biāo)圖像；
[0029]利用計(jì)算處理軟件，讀取目標(biāo)圖像中星點(diǎn)像的位置信息Ii,再計(jì)算f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)不同視場(chǎng)的畸變；
[0030]畸變算法是依據(jù)畸變產(chǎn)生原理，在光學(xué)系統(tǒng)像面實(shí)測(cè)不同視場(chǎng)像高和對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)角，采用加權(quán)最小二乘法對(duì)全視場(chǎng)焦距進(jìn)行擬合得到最佳焦距。然后由最佳焦距與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)角度計(jì)算出理論像高，計(jì)算理論像高與實(shí)測(cè)像高之差即為絕對(duì)畸變S y。
[0031]δ Y=Y^fg ω t (I)
[0032]其中f即為最佳計(jì)算焦距，計(jì)算公式如下:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，其特征在于:所述裝置包括依次設(shè)置的轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)上的導(dǎo)軌、被標(biāo)定的光學(xué)系統(tǒng)物方的目標(biāo)發(fā)生器、被標(biāo)定光學(xué)系統(tǒng)的像方的像分析器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于f_Θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，其特征在于:所述目標(biāo)發(fā)生器包括依次設(shè)置在導(dǎo)軌上的光源、準(zhǔn)直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標(biāo)微縮鏡，所述光源、準(zhǔn)直鏡、濾光片、聚光鏡、星孔板以及目標(biāo)微縮鏡設(shè)置在同一光軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，其特征在于:所述像分析器包括成像物鏡、探測(cè)器以及三維移動(dòng)支架；所述成像物鏡根據(jù)一定的成像關(guān)系與探測(cè)器連接，所述成像物鏡和探測(cè)器設(shè)置在三維移動(dòng)支架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于f_Θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，其特征在于:所述裝置還包括計(jì)算單元，所述計(jì)算單元包括計(jì)算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，其特征在于:所述像分析器和計(jì)算機(jī)設(shè)置在平臺(tái)上，所述像分析器的前端設(shè)置用于固定f_ Θ光學(xué)系統(tǒng)的專用工裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)臺(tái)和導(dǎo)軌是手動(dòng)形式或者電動(dòng)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于f-θ光學(xué)系統(tǒng)畸變的標(biāo)定裝置，其特征在于:所述目標(biāo)發(fā)生器外部設(shè)置黑箱，所述黑箱是進(jìn)行發(fā)黑處理的金屬箱體或者黑布罩。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK203606107SQ201320621505
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】周艷, 趙建科, 張潔, 徐亮, 昌明, 劉峰, 胡丹丹 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所