一种用于f-θ光学系统畸变的标定装置及方法
【专利摘要】本发明提出了一种f-θ光学系统的畸变测试装置，测试装置包括依次设置的转台、转台上的导轨、被标定的光学系统物方的目标发生器、被标定光学系统的像方的像分析器。本发明的一种用于f-θ光学系统畸变的标定装置及方法，可同时实现不同物距目标的提供。
【专利说明】—种用于f-θ光学系统畸变的标定装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学测试领域，涉及一种用于标定f- Θ光学系统畸变的装置及方法，尤其涉及一种用于f- Θ结构形式的光学相机在与探测器对接前光学系统畸变的标定。
【背景技术】
[0002]f- Θ光学系统俗称鱼眼镜头，其视场可达180度以上，其在摄影方面的特殊应用已是众所周知，然而，鱼眼镜头的用途远不止此。在天文、气象、电影、测量、管道检测、防火监视、医疗内窥检查乃至公安、边防等方面，它们也大有用武之地。在当今信息化时代，鱼眼镜头又在导航、定位、遥感、光通信、机器视觉、微小智能系统等领域得到成功应用；而在国防和军事上，它们更是占有重要而不可替代的地位，但鱼眼镜头的设计比常规系统困难得多，鱼眼相机一次可拍摄约180度视场范围的景物，同普通光学系统的相机相比，鱼眼照片包含了更多的信息。因此，鱼眼相机在视觉导航和近距离大视场物体识别与定位中有着广泛应用。但是，由于鱼眼镜头的特殊性导致鱼眼相机有着非常严重的图像变形，鱼眼镜头的成像平面不是平面，而是近似于球状的曲面，因此，鱼眼镜头成像不是理想的透视投影。高精度标定鱼眼镜头参数成为鱼眼视觉系统中关键技术之一，其参数中有一项最重要的就是光学系统的畸变。虽然畸变并不影响图像清晰度，但是光学系统有畸变却直接影响成像的几何位置精度，视场越大畸变越大。为了得到准确的几何位置图像，虽然光学系统在设计时对于不同视场的畸变尽可能进行校正，但是由于加工和装配必然会产生误差，导致最终成型的光学系统与设计结果存在较大偏差，这就要求需要对光学系统的畸变量进行精确测量，设法找出光学系统的实际畸变误差分布，必要时用数学的方法予以修正，以达到提高精度的目的。目前尚没有专门用于f-θ光学系统畸变标定的装置或方法，偶见报道使用专门制作的靶标进行定性验证，此方法弊端较多:不同类型的f-θ光学系统需设计不同的靶标，无法实现通用性；即使同一个f_ Θ光学系统在不同物距条件下，靶标大小也不一样；靶标制作比较复杂；测量精度低，受到靶标制作和标定的影响，最终畸变标定精度在百分之一左右；靶标是平面图形，无法提供真实的曲面效果。
【发明内容】
[0003]为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本发明提出了一种用于f-θ光学系统畸变的标定装置及方法，可同时实现不同物距目标的提供。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种Θ光学系统的畸变测试装置，其特征在于:所述测试装置包括依次设置的转台、转台上的导轨、被标定的光学系统物方的目标发生器、被标定光学系统的像方的像分析器。
[0005]上述目标发生器包括依次设置在导轨上的光源、准直镜、滤光片、聚光镜、星孔板以及目标微缩镜，所述光源、准直镜、滤光片、聚光镜、星孔板以及目标微缩镜设置在同一光轴上。
[0006]上述像分析器包括成像物镜、探测器以及三维移动支架；所述成像物镜根据一定的成像关系与探测器连接，所述成像物镜和探测器设置在三维维移动支架上。
[0007]上述测试装置还包括计算单元,所述计算单元包括计算机,所述计算机包括控制转台、导轨、二维移动支架运动的自动控制单元以及计算畸变的计算处理单元。
[0008]上述像分析器和计算机设置在平台上，所述像分析器的前端设置用于固定Θ光学系统的专用工装。
[0009]上述转台和导轨是手动形式或者电动控制。
[0010]上述目标发生器外部设置黑箱，所述黑箱是进行发黑处理的金属箱体或者黑布罩。
[0011]一种f- Θ光学系统的畸变测试方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:
[0012]1)将目标发生器固定在长导轨载物台上，通过长导轨的移动，给出不同距离的目标；
[0013]2)将长导轨安装在转台上，将f-θ光学系统装在专用工装上；长导轨前后移动，使目标位于f-θ光学系统的标准工作距离处，目标经f-θ光学系统成像后由像分析器接收；
[0014]3)光源发出的光经聚光镜后变为准直光出射，经滤光片转换为所需要的波长后，再次经过聚光镜照亮星孔板，被照亮的星孔板经目标微缩镜后缩小成像，作为最终目标提供给被测Θ光学系统；
[0015]4)最终目标像经成像物镜后被探测器接收；
[0016]5)在计算机中设置相应的参数，自动控制软件控制转台转动标准角度，同时联动控制二维移动支架在像面垂直被测光学系统平移，此时会在像分析器的探测器上显示目标经f_ Θ光学系统所成的像，同时采集转台转动的角度、三维移动支架移动的长度、目标图像；
[0017]6)自动控制软件控制转台在f-θ光学系统视场内转动，每转过一个视场角后，完成控制采集工作，得到一系列的转台角度Q1、二维移动支架的长度Ji和目标图像；
[0018]7)读取目标图像中星点像的位置信息Ii,再根据畸变算法计算f_ Θ光学系统不同视场的畸变。
[0019]步骤7 )中畸变算法计算方法是:
【权利要求】
1.一种用于f-θ光学系统的畸变测试装置，其特征在于:所述测试装置包括依次设置的转台、转台上的导轨、被标定的光学系统物方的目标发生器、被标定光学系统的像方的像分析器。
2.根据权利要求1所述的用于f-θ光学系统的畸变测试装置，其特征在于:所述目标发生器包括依次设置在导轨上的光源、准直镜、滤光片、聚光镜、星孔板以及目标微缩镜，所述光源、准直镜、滤光片、聚光镜、星孔板以及目标微缩镜设置在同一光轴上。
3.根据权利要求2所述的用于f-θ光学系统的畸变测试装置，其特征在于:所述像分析器包括成像物镜、探测器以及三维移动支架；所述成像物镜根据一定的成像关系与探测器连接，所述成像物镜和探测器设置在三维移动支架上。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于f-Θ光学系统的畸变测试装置，其特征在于:所述测试装置还包括计算单元，所述计算单元包括计算机，所述计算机包括控制转台、导轨、二维移动支架运动的自动控制单元以及计算畸变的计算处理单元。
5.根据权利要求4所述的用于f-θ光学系统的畸变测试装置，其特征在于:所述像分析器和计算机设置在平台上，所述像分析器的前端设置用于固定f-θ光学系统的专用工装。
6.根据权利要求5所述的用于f-θ光学系统的畸变测试装置，其特征在于:所述转台和导轨是手动形式或者电动控制。
7.根据权利要求6所述的用于f-θ光学系统的畸变测试装置，其特征在于:所述目标发生器外部设置黑箱，所述黑箱是进行发黑处理的金属箱体或者黑布罩。
8.一种用于f-θ光学系统的畸变测试方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 1)将目标发生器固定在长导轨载物台上，通过长`导轨的移动，给出不同距离的目标； 2)将长导轨安装在转台上，将Θ光学系统装在专用工装上；长导轨前后移动，使目标位于Θ光学系统的标准工作距离处； 3)光源发出的光经聚光镜后变为准直光出射，经滤光片转换为所需要的波长后，再次经过聚光镜照亮星孔板，被照亮的星孔板经目标微缩镜后缩小成像，作为最终目标提供给被测f- θ光学系统； 4)调整目标发生器光轴、Θ光学系统光轴和像分析器视轴位于一条直线上，沿f-Θ光学系统光轴方向调节像分析器二维移动支架，使其位于最佳像面位置； 5)在计算机中设置相应的参数，自动控制软件控制转台转动标准角度，同时联动控制三维移动支架在像面垂直被测光学系统平移，此时会在像分析器的探测器上显示目标经f- Θ光学系统所成的像，同时采集转台转动的角度、三维移动支架移动的长度、目标图像； 6)自动控制软件控制转台在f-θ光学系统视场内转动，每转过一个视场角后，完成控制采集工作，得到一系列的转台角度Q1、二维移动支架的长度'和目标图像； 7)读取目标图像中星点像的位置信息Ii,再根据畸变算法计算f_Θ光学系统不同视场的畸变。
9.根据权利要求8所述的用于f-θ光学系统的畸变测试方法，其特征在于:所述步骤7)中畸变算法计算方法是: δ y=Y1-fgwi (O
【文档编号】G01M11/02GK103499433SQ201310468730
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】周艳, 赵建科, 张洁, 徐亮, 昌明, 刘峰, 胡丹丹 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所