[發明專利]一種基于單目視覺位姿測量的耦合鏡自動調整方法

有效

• 申請號: 201610662860.0
• 申請日: 2016-08-12
• 公開（公告）號: CN106324790B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 欒銀森;湯國茂;許冰;楊平;何星;王帥
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B7/182
• 分類號: G02B7/182;G01C11/00;G01C21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于單目視覺位姿測量的耦合鏡自動調整方法，該方法利用單目位姿測量技術，同時結合耦合鏡特定的幾何形狀尺寸等先驗知識，以光學系統近場和遠場光斑為基準，對連接不同光學平臺的耦合鏡進行多維度的自動化調整，從而實現光學系統中不同光學平臺之間的耦合。該方法通過引入計算機視覺測量技術，降低了耦合鏡調整的難度，提高了耦合鏡調整的自動化程度和效率，節省了時間和人工成本。

技術領域

本發明涉及耦合鏡調整方法，尤其涉及一種基于單目視覺位姿測量的耦合鏡自動調整方法。

背景技術

目前，隨著光機行業的快速發展，大型光學系統日益普遍。在光機產品的日常科研和生產中，往往需要對不同工作平臺進行光學耦合，使光線從光學系統的一個功能模塊傳遞到另一個功能模塊，以實現完整的光學系統功能。

一般情況下，光學系統中各個模塊內部的光路相對穩定，而模塊之間需要的連接光路相對不穩定，所以當光學系統遠場和近場光斑不在探測器靶面中心時，可以通過調整光學系統中模塊之間的耦合鏡使不同模塊的光路完美耦合，最終使遠場和近場光斑成像在探測器靶面中心。

在實際的生產和試驗中，如果發生光路偏轉導致光學系統遠場和近場光斑不在探測器靶面中心，一般是通過人工目視的方式來實現調整，即需要實驗人員以遠場和近場光斑所在位置為參考，手動調整耦合鏡，直到遠場和近場光斑移動到探測器靶面中心。該方法依賴于實驗人員的光路調整經驗，費時費力，同時難以實現耦合鏡的快速調整。在一些應用場合，人工目視調整的方法難以及時將光學系統調整到位，將會嚴重影響系統的性能，甚至使光學系統喪失其存在的意義。除此之外，對一些密封或者真空的光學系統，人工目視調整的方法將帶來巨大的勞動成本和時間成本。

為實現耦合鏡的快速自動化調整，掃除光學系統自動化調整的阻礙，可以利用單目視覺位姿測量技術，同時結合耦合鏡的幾何形狀尺寸等先驗知識，對光學系統中的耦合鏡進行位姿測量。在耦合鏡調整過程中，以光學系統近場和遠場光斑為基準，同時利用光學系統中反射鏡、透射鏡和其他光學元件的成像關系，計算在實現光學系統完美耦合時，耦合鏡的具體位姿，然后對連接不同光學平臺的耦合鏡進行多維度的自動化調整，在調整過程中同時利用單目視覺系統測量其位姿，直到與計算值吻合，最終實現光學系統各個模塊之間的耦合。

本發明涉及的方法擺脫人工目視調整方法的繁瑣和局限性，通過引入計算機視覺測量技術，對耦合鏡位姿進行準確測量，根據測量結果進行調整，降低了耦合鏡調整的難度，提高了耦合鏡調整的自動化程度和效率，節省了時間和人工成本。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為實現對連接不同光學平臺的耦合鏡進行多維度的自動化調整，可以利用單目位姿測量技術，同時結合耦合鏡的幾何形狀尺寸等先驗知識，對光學系統中的耦合鏡進行位姿測量并對其進行調整。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于單目視覺位姿測量的耦合鏡自動調整方法，包括以下步驟：

步驟(1)、在正對耦合鏡且不影響光路的位置安裝單目相機，測量耦合鏡的具體尺寸和形狀，然后對單目相機進行標定；

步驟(2)、獲取系統的近場與遠場光斑，觀察光學系統的近場和遠場光斑位置是否滿足系統要求；

步驟(3)、計算當遠場和近場光斑滿足系統要求時耦合鏡的位置和姿態，利用電控鏡架調整耦合鏡位置和姿態，在調整過程中同時利用單目視覺系統測量其位姿，直到與計算值吻合。

更進一步的，所述步驟(1)中所述耦合鏡一般是指連接或者轉接不同光學平臺的反射鏡，其作用為將工作光從一個光學平臺傳遞到另個光學平臺。

更進一步的，所述步驟(1)中所述耦合鏡一般是兩塊反射鏡，也可以是一塊或者多塊反射鏡構成的耦合鏡系統。

更進一步的，所述步驟(1)中所述耦合鏡的尺寸和形狀，常見為圓形或者矩形，其相應的尺寸即圓形的半徑大小和矩形的邊長大小。