[發明專利]光軸平行度精確測量系統及方法

在審

• 申請號: 201410843627.3
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104567738A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 丁楠;段榮;朱娜
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及光學設備領域，特別是適用于多光軸光電平臺的一種光軸平行度精確測量系統及方法。

背景技術

光軸平行度是衡量光電穩定平臺性能的一個重要指標。無論是機載光電偵察吊艙，還是車載或船載光電偵察設備，對其承載的多光譜光學載荷的光軸平行度都有指標要求，以保證不同光學載荷獲取同一區域的影像或距離信息。對于利用光電穩定平臺來實現目標定位的光學載荷，承載其的光電穩定平臺的光軸平行性更是決定目標定位精度的重要因素。

常用的光軸平行度測量方法有大口徑平行光管法、投影靶板法、激光光軸儀法和五棱鏡法。這些方法各有優缺點，其中大口徑平行光管法誤差環節少、測量精度高，但大口徑平行光管不易制作且笨重、成本高。為了降低成本，簡化測量，設計者提出了利用拋物面反射鏡測量光軸平行度方法。但由于人為主觀因素過多引入多種誤差，使其測量精度無法達到更高的量級，無法滿足高光軸平行度指標系統的測量要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：克服現有光軸平行度測量方法的不足，提供一種能有效地提高拋物面反射鏡焦點的定位精度，消除操作人員對光軸偏移識別計算的主觀誤差，提高光軸平行度測量計算精度的光軸平行度精確測量系統及方法。

本發明的技術方案為：

一種光軸平行度精確測量系統，包括，光軸定位導軌，固定在試驗臺上，具有刻度；拋物面反射鏡，鎖定在所述光軸定位導軌上；復合模擬光源，鎖定在所述光軸定位導軌上，定位在所述拋物面反射鏡的焦點處；圖像處理計算單元，電連接被測設備；以及，所述被測設備設置在所述復合模擬光源一側。

進一步地，所述復合模擬光源為十字光源。

根據本發明的另一方面，提供一種光軸平行度精確測量方法，包括，S1、將具有刻度的光軸定位導軌固定在試驗臺上；S2、將拋物面反射鏡鎖定在所述光軸定位導軌上；S3、將復合模擬光源鎖定在所述光軸定位導軌上并定位在所述拋物面反射鏡的焦點處；S4、將被測設備設置在所述復合模擬光源一側；S5、所述復合模擬光源向所述拋物面反射鏡發射可見光或紅外光；S6、被測設備接收所述拋物面反射鏡反射的可見光或紅外光的平行光線；S7、被測設備將視頻圖像輸出給圖像處理計算單元，利用圖像處理計算單元上的圖像處理軟件手動鎖定十字光源的中心，進入穩定跟蹤狀態，脫靶量恒定不變時，記錄脫靶量以及光學載荷此時的焦距值，將脫靶量值、光學載荷像元尺寸和焦距值輸入光軸平行度計算軟件，光軸平行度自動計算并顯示。

進一步地，包括，S8，被測設備向拋物面反射鏡發射激光，在所述復合模擬光源上形成光斑；S9，所述被測設備的光學載荷鎖定所述光斑，將視頻圖像輸出給圖像處理計算單元，利用所述圖像處理計算單元上的圖像處理軟件手動鎖定激光光斑，使用重心跟蹤方式鎖定跟蹤光斑的中心，當進入穩定跟蹤狀態，脫靶量恒定不變時，記錄此時的脫靶量以及光學載荷此時的焦距值。

進一步地，利用被測設備的圖像跟蹤功能手動鎖定所述復合模擬光源的光源中心，實現對光源的自動跟蹤，始終將所述光源中心鎖定在視場中心，以實現光軸基準的精確對準。

進一步地，在步驟S7之前，包括S10、調整所述被測設備中的光學載荷為最小視場角狀態，并調整焦距使光源成像清晰。

本發明與現有技術相比的優點在于：在拋物面反射鏡的焦點定位上采用帶距離刻度的光軸定位導軌，使焦點定位誤差小于1mm，相比于使用直尺測量可有效減小由于焦點定位誤差導致的光軸測量誤差。利用穩定平臺圖像跟蹤功能實現光軸基準對準，相比于使用人工識別偏差后角度鎖定方式，可有效避免人為主觀誤差，以及由于試驗過程中被測設備位置竄動導致光軸對準重復操作，光軸對準誤差小于1個像素。相比操作人員目測光軸偏移脫靶量的誤差在數個像素，本發明采用圖像處理軟件跟蹤識別光軸偏移脫靶量，誤差小于1個像素，大幅提高了光軸平行度的測量精度。

附圖說明

圖1示出了本發明的系統組成框圖；

圖2示出了本發明的光軸平行度測量流程圖。

具體實施方式

本發明采用光軸定位導軌將復合光源模擬器精確定位在大口徑拋物面反射鏡的焦點處，以減小測量誤差；采用圖像識別跟蹤方式實現對十字光源的自動跟蹤，有效提高基準光軸的對準速度和精度；采用跟蹤方式對十字光源或激光光斑識別跟蹤，自動識別光軸偏移像素數量，并利用光軸平行度計算軟件自動計算光軸偏差，可有效消除操作人員對光軸偏差識別計算的主觀誤差。