探测器调试方法及装置与流程

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种探测器调试方法及装置。

背景技术：

成像光谱仪是作为遥感探测技术之一，可以获取的景物或目标光谱信息，在目标识别、特征提取和精确分类等领域具有广泛的应用价值。其中光场光谱成像技属于一次曝光即获取目标完整数据立方体的快照型成像光谱技术，在动态目标监测和追踪方面快照型成像光谱技术具有优势和广泛的应用前景。另一方面，光场成像光谱技术由于需将三维数据投影到二维探测器上，其获得的目标场景空间分辨率大大降低。人们提出了共光路组合式光场光谱成像方法，一个反射光路获得高空间分辨率的全色图像，一个透射光路获得光场光谱图像，后续进行图像融合获得高空间分辨率的光谱数据立方体。但是，由于系统两个光路对应各自独立的探测器，而探测器的装配误差会导致融合图像之间存在位移和旋转误差，进而会影响图像融合的效果。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种探测器调试方法。该方法能够有效控制两个探测器的相对旋转角度，保证较小的旋转误差和测定图像的位移误差，进而融合图像的效果很好。

本发明的第二个目的在于提出了一种探测器调试装置。

为达上述目的，本发明第一方面实施例的探测器调试方法，包括以下步骤：s1，构建调试系统，所述调试系统获得与自准直仪出射激光平行的参考平面；s2，将成像系统置于所述参考平面；s3，调整所述成像系统中的全色成像模块探测器的第一旋转角度和调整所述成像系统中的光场光谱成像模块探测器的第二旋转角度；s4，分别获取在不同的所述第一旋转角度和所述第二旋转角度下，所述全色成像模块探测器和所述光场光谱成像模块探测器上的成像位置图像；s5，根据所述成像位置图像确定所述全色成像模块探测器和所述光场光谱成像模块探测器的相对旋转角度和相对位移量。

本发明实施例的探测器调试方法，首先构建调试系统，再将被调整成像系统置于构建调试系统的参考平面进而然后调整全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的成像位置图像并分别计算出相对旋转角度以及相对位移量。该方法能够有效控制两个探测器的相对旋转角度，保证较小的旋转误差和测定图像的位移误差。

在本发明的一个实施例中，所述构建调试系统，所述调试系统获得与自准直仪出射激光平行的参考平面具体包括所述调试系统包括自准直仪、多齿分度台、多维调整台和方晶台，所述多齿分度台设置于水平平台上，所述多维调整台设置在所述多齿分度台上，所述方晶台设置在所述多维调整台上；将所述成像系统置于所述多维调整台上，所述成像系统接收所述自准直仪发出的激光束。

在本发明的一个实施例中，所述多维调整台为四维调整台，将被调整成像系统置于所述四维调整台上，所述被调整成像系统接收所述自准直仪发出的十字叉丝，所述多齿分度台绕二维空间中的y抽旋转，以使全色成像模块探测器左右边缘区域分别对所述十字叉丝进行成像为第一十字叉丝图像和第二十字叉丝图像和使光场光谱成像模块探测器左右边缘区域分别对所述十字叉丝进行成像为第三十字叉丝图像和第四十字叉丝图像。

在本发明的一个实施例中，所述多维调整台为四维调整台，根据所述成像位置图像确定所述全色成像模块探测器和所述光场光谱成像模块探测器的相对旋转角度和相对位移量具体包括：读取所述第一十字叉丝图像和所述第二十字叉丝图像并进行拟合计算获得所述十字叉丝的第一水平直线v水平＝a1μ+b1、第一竖直线v竖直＝a2μ+b2、第二水平直线v水平＝a3μ+b3和第二竖直线v竖直＝a4μ+b4，其中，a1、a2、b1和b2分别为所述第一水平直线和所述第一竖直线的数学系数，a3、a4、b3和b4分别为所述第二水平直线和所述第二竖直线的数学系数，μ为方向系数，并分别计算出所述第一水平直线和所述第一竖直线的第一交点坐标为s1(μs1’,vs1)和所述第二水平直线和所述第二竖直线的第二交点坐标为s2(μs2’,vs2)；读取所述第三十字叉丝图像和所述第四十字叉丝图像并进行拟合计算获得所述十字叉丝的第三水平直线t水平＝a5r+b5、第三竖直线t竖直＝a6r+b6、第四水平直线t水平＝a7r+b7和第四竖直线t竖直＝a8r+b8，其中，a5、a6、b5和b6分别为所述第三水平直线和所述第三竖直线的数学系数，a7、a8、b7和b8分别为所述第四水平直线和所述第四竖直线的数学系数，μ为方向系数，并分别计算出所述第三水平直线和所述第三竖直线的第三交点坐标p1(rp1’,rp1)和所述第四水平直线和所述第四竖直线的第四交点坐标p2(rp2’,tp2)；所述全色成像模块探测器与四维调整台的夹角δβ为：所述光场光谱成像模块探测器与所述四维调整台的夹角δγ为：

在本发明的一个实施例中，所述多维调整台为四维调整台，所述全色成像模块探测器和所述光场光谱成像模块探测器的相对旋转角度δθ为：δθ＝δβ-δγ；所述全色成像模块探测器和所述光场光谱成像模块探测器的相对位移量δ水平和δ竖直分别为：和

为达上述目的，本发明第二方面实施例的探测器调试装置，包括：构建模块，用于构建调试系统，所述调试系统获得与自准直仪出射激光平行的参考平面；处理模块，用于将成像系统置于所述参考平面；调整模块，用于调整所述成像系统中的全色成像模块探测器的第一旋转角度和调整所述成像系统中的光场光谱成像模块探测器的第二旋转角度；获取模块，用于分别获取在不同的所述第一旋转角度和所述第二旋转角度下，所述全色成像模块探测器和所述光场光谱成像模块探测器上的成像位置图像；确定模块，用于根据所述成像位置图像确定所述全色成像模块探测器和所述光场光谱成像模块探测器的相对旋转角度和相对位移量。

本发明实施例的探测器调试装置，首先构建模块构建调试系统，处理模块再将被调整成像系统置于构建调试系统的参考平面进而调整模块然后调整全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的旋转角度使得获取模块获得成像位置图像，最后确定模块分别计算出相对旋转角度以及相对位移量。该装置能够有效控制两个探测器的相对旋转角度，保证较小的旋转误差和测定图像的位移误差。

在本发明的一个实施例中，所述构建模块具体用于：所述调试系统包括自准直仪、多齿分度台、多维调整台和方晶台，所述多齿分度台设置于水平平台上，所述多维调整台设置在所述多齿分度台上，所述方晶台设置在所述多维调整台上；将所述成像系统置于所述多维调整台上，所述成像系统接收所述自准直仪发出的激光束。

在本发明的一个实施例中，所述多维调整台为四维调整台，将被调整成像系统置于所述四维调整台上，所述被调整成像系统接收所述自准直仪发出的十字叉丝，所述多齿分度台绕二维空间中的y抽旋转，以使全色成像模块探测器左右边缘区域分别对所述十字叉丝进行成像为第一十字叉丝图像和第二十字叉丝图像和使光场光谱成像模块探测器左右边缘区域分别对所述十字叉丝进行成像为第三十字叉丝图像和第四十字叉丝图像。

在本发明的一个实施例中，所述多维调整台为四维调整台，所述确定模块具体用于：读取所述第一十字叉丝图像和所述第二十字叉丝图像并进行拟合计算获得所述十字叉丝的第一水平直线v水平＝a1μ+b1、第一竖直线v竖直＝a2μ+b2、第二水平直线v水平＝a3μ+b3和第二竖直线v竖直＝a4μ+b4，其中，a1、a2、b1和b2分别为所述第一水平直线和所述第一竖直线的数学系数，a3、a4、b3和b4分别为所述第二水平直线和所述第二竖直线的数学系数，μ为方向系数，并分别计算出所述第一水平直线和所述第一竖直线的第一交点坐标为s1(μs1’,vs1)和所述第二水平直线和所述第二竖直线的第二交点坐标为s2(μs2’,vs2)；读取所述第三十字叉丝图像和所述第四十字叉丝图像并进行拟合计算获得所述十字叉丝的第三水平直线t水平＝a5r+b5、第三竖直线t竖直＝a6r+b6、第四水平直线t水平＝a7r+b7和第四竖直线t竖直＝a8r+b8，其中，a5、a6、b5和b6分别为所述第三水平直线和所述第三竖直线的数学系数，a7、a8、b7和b8分别为所述第四水平直线和所述第四竖直线的数学系数，μ为方向系数，并分别计算出所述第三水平直线和所述第三竖直线的第三交点坐标p1(rp1’,rp1)和所述第四水平直线和所述第四竖直线的第四交点坐标p2(rp2’,tp2)；所述全色成像模块探测器与四维调整台的夹角δβ为：所述光场光谱成像模块探测器与所述四维调整台的夹角δγ为：

在本发明的一个实施例中，所述多维调整台为四维调整台，所述全色成像模块探测器和所述光场光谱成像模块探测器的相对旋转角度δθ为：δθ＝δβ-δγ；所述全色成像模块探测器和所述光场光谱成像模块探测器的相对位移量δ水平和δ竖直分别为：和

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的探测器调试方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的成像系统原理示意图；

图3是根据本发明一个实施例的调整平台示意图；

图4是根据本发明一个实施例的仪器调试装置示意图；

图5是根据本发明一个实施例的全色成像模块探测器测量示意图；

图6是根据本发明一个实施例的光场光谱成像模块探测器测量示意图；

图7是根据本发明一个实施例的探测器调试装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面参考附图描述本发明实施例的探测器调试方法及装置。

图1为根据本发明一个实施例的探测器调试方法的流程图。

s1，构建调试系统，调试系统获得与自准直仪出射激光平行的参考平面。

s2，将成像系统置于所述参考平面。

在本发明的一个实施例中，调试系统包括自准直仪、多齿分度台、多维调整台和方晶台，多齿分度台设置于水平平台上，多维调整台设置在多齿分度台上，方晶台设置在多维调整台上；将成像系统置于多维调整台上，成像系统接收自准直仪发出的激光束。

首先，需要说明下，如图2所示：成像系统原理示意图。目标辐射信息经过光学系统成像模块再经过分光模块得到分别为反射光路和透射光路，其中，反射光路经过光场光谱成像模块，透射光路经过全色成像模块后进去图像处理模块。

具体地，如图3所示，将多齿分度台置于水平平台上，在多齿分度台上放置上表面a具有高平面度和平行度的多维调整台，其中多维调整台为四维调整台举例说明，在调整平台上放置方晶。在平台另一侧，距离多齿分度台一定距离放置激光自准直仪，调整自准直仪高度，使自准直仪出射的激光十字叉丝入射到方晶端面上。旋转细分多齿分度台并调整多维调整台，使自准直仪的找像器能接受到由方晶反射的十字叉丝的图像。调节自准直仪底座上的调节螺钉，观察自准直仪控制软件显示界面上的数值，使显示数值在x,y两个方向上均接近0。控制多齿分度台绕y轴旋转，控制界面上十字叉丝沿x方向移动，但是y方向上读数基本不变(旋转全量程变化不超过1”)。控制多维调整台绕x轴旋转，控制界面上十字叉丝沿y方向移动，但是x显示的读数基本不变(旋转全量程变化不超过1”)。完成了调试平台调整，多维调整台平面a为本次调整所需参考平面，该平面与自准直仪出射的激光束平行。

需要说明的是，本发明不限于四维调整台，可以是多维调整台，根据需要进行选择。

在本发明的一个实施例中，多维调整台为四维调整台，将成像系统置于四维调整台上，成像系统接收自准直仪发出的十字叉丝，多齿分度台绕二维空间中的y抽旋转，以使全色成像模块探测器左右边缘区域分别对十字叉丝进行成像为第一十字叉丝图像和第二十字叉丝图像和使光场光谱成像模块探测器左右边缘区域分别对所述十字叉丝进行成像为第三十字叉丝图像和第四十字叉丝图像。

具体地，在设计加工成像系统外部箱体时，保证箱体表面具有高平面度和水平度，以该表面为接触平面，将成像系统置于多维调整平台的a平面上，如图4所示：去除被调整成像系统的外遮光罩，使系统镜头方向对准自准直仪，接收由自准直仪发出的十字叉丝。调整成像系统与自准直仪的相对位置和距离，使十字叉丝成像在探测器中心附近；多齿分度台绕y轴旋转时，可观察到十字叉丝像沿水平方向在探测器面上移动。使全色成像模块探测器左右边缘区域分别对十字叉丝进行成像为第一十字叉丝图像和第二十字叉丝图像和使光场光谱成像模块探测器左右边缘区域分别对十字叉丝进行成像为第三十字叉丝图像和第四十字叉丝图像。

s3，调整所述成像系统中的全色成像模块探测器的第一旋转角度和调整所述成像系统中的光场光谱成像模块探测器的第二旋转角度。

s4，分别获取在不同的第一旋转角度和第二旋转角度下，全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器上的成像位置图像。

s5，根据成像位置图像确定全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的相对旋转角度和相对位移量。

具体地，在本发明的一个实施例中，读取第一十字叉丝图像和第二十字叉丝图像并进行拟合计算获得十字叉丝的第一水平直线v水平＝a1μ+b1、第一竖直线v竖直＝a2μ+b2、第二水平直线v水平＝a3μ+b3和第二竖直线v竖直＝a4μ+b4，其中，a1、a2、b1和b2分别为第一水平直线和第一竖直线的数学系数，a3、a4、b3和b4分别为第二水平直线和第二竖直线的数学系数，μ为方向系数，并分别计算出第一水平直线和第一竖直线的第一交点坐标为s1(μs1’,vs1)和第二水平直线和第二竖直线的第二交点坐标为s2(μs2’,vs2)。读取第三十字叉丝图像和第四十字叉丝图像并进行拟合计算获得十字叉丝的第三水平直线t水平＝a5r+b5、第三竖直线t竖直＝a6r+b6、第四水平直线t水平＝a7r+b7和第四竖直线t竖直＝a8r+b8，其中，a5、a6、b5和b6分别为第三水平直线和第三竖直线的数学系数，a7、a8、b7和b8分别为第四水平直线和第四竖直线的数学系数，μ为方向系数，并分别计算出第三水平直线和第三竖直线的第三交点坐标p1(rp1’,rp1)和第四水平直线和第四竖直线的第四交点坐标p2(rp2’,tp2)。全色成像模块探测器与四维调整台的夹角δβ为：光场光谱成像模块探测器与四维调整台的夹角δγ为：

具体地，在本发明的一个实施例中，多维调整台为四维调整台，全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的相对旋转角度δθ为：δθ＝δβ-δγ；全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的相对位移量δ水平和δ竖直分别为：和

具体地，为了本领域人员更加了解如何调整全色成像模块的探测器位置，以十字叉丝成像于全色成像模块的探测器右侧为例说明，如图5所示，十字叉丝成像于全色成像模块的探测器右侧。十字叉丝的水平直线和竖直直线分别由：v水平＝a1u+b1和v竖直＝a2u+b2，利用图像处理软件(如matlab)读取十字叉丝图像并进行计算拟合，可获得十字叉丝的水平直线和竖直线数学系数a1、b1、a2和b2。利用已知参数和直线表达式，拟合出图4中所示的直线，并计算出交点s1的坐标(us1,vs1)。同理，可获得十字叉在探测器左侧成像的交点s2的坐标(us2,vs2)。调试过程中，通过反复旋转探测器的安装座进行旋转角微调。应用实例中，保证在|vs1-vs2|大于6000个像素的范围内，|us1-us2|小于1个像素。即此时，探测器的水平方向(u方向)与调整平台的a平面夹角小于0.01°，具体参数为：

具体地，为了本领域人员更加了解如何调整光场光谱成像模块的探测器位置，以十字叉丝成像于光场光谱成像模块的探测器右侧为例说明，如图5所示，

十字叉丝成像于光场光谱成像模块的探测器右侧，由于光场探测器特点，十字叉丝由离散点组成。离散点组成的水平直线和竖直直线分别由：t水平＝a5r+b5和t竖直＝a6r+b6，利用图像处理软件(如matlab)读取十字叉丝图像并进行计算拟合，可获得十字叉丝的水平直线和竖直线数学系数a7、a8、b7和b8。利用已知参数和直线表达式，拟合出图6中所示的直线，并计算出交点p1的坐标(rp1,tp1)。同理，可获得十字叉在探测器左侧成像的交点p2的坐标(rp2,tp2)。调试过程中，通过反复旋转探测器的安装座进行旋转角微调。应用实例中，保证在|rp1-rp2|大于6000个像素的范围内，|tp1-tp2|小于1个像素。即此时，探测器的水平方向(r方向)与调整平台的a平面夹角小于0.01°，具体参数为：

具体地，调试时，使光场探测器偏转角度方向与全色模块探测器偏转角度方向相同，则调试完成后，两个探测器之间的旋转角度可保证小于0.01°，具体数值为：δθ＝δβ-δγ。

可以理解的是，固定探测器位置不变，使多齿分度台绕y轴步进旋转小角度δα，全色模块和光场光谱模块的探测器同时获得十字叉丝的图像，可计算出十字叉丝交点的分别在两个探测器上的坐标(ui,vi)和(ri,ti)。使多齿分度台绕y轴步进旋转k次小角度δα，分别获得两个探测器的k组十字叉丝交点坐标，其中k为正整数，则两个探测器的水平和竖直位移量为：

也就是说可以获取多组十字叉丝交点坐标进而得到两个探测器的水平和竖直位移量。

本发明实施例的探测器调试方法，首先构建调试系统，再将被调整成像系统置于构建调试系统的参考平面进而然后调整全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的成像位置图像并分别计算出相对旋转角度以及相对位移量。该方法能够有效控制两个探测器的相对旋转角度，保证较小的旋转误差和测定图像的位移误差。

与上述实施例提供的探测器调试方法相对应，本发明的一种实施例还提供一种探测器调试装置，由于本发明实施例提供的探测器调试装置与上述实施例提供的探测器调试方法相对应，因此在前述探测器调试方法的实施方式也适用于本实施例提供的探测器调试装置，在本实施例中不再详细描述。图7为根据本发明一个实施例的探测器调试装置的结构示意图。如图7所示，该探测器调试装置可以包括：构建模块10、处理模块20、调整模块30、获取模块40和确定模块50。

其中，构建模块10构建模块用于构建调试系统，调试系统获得与自准直仪出射激光平行的参考平面。

处理模块20用于将成像系统置于参考平面。

调整模块30用于调整成像系统中的全色成像模块探测器的第一旋转角度和调整成像系统中的光场光谱成像模块探测器的第二旋转角度。

获取模块40用于分别获取在不同的第一旋转角度和第二旋转角度下，全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器上的成像位置图像。

确定模块50用于根据成像位置图像确定全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的相对旋转角度和相对位移量。

在本发明的一个实施例中，构建模块10具体用于：调试系统包括自准直仪、多齿分度台、多维调整台和方晶台，多齿分度台设置于水平平台上，多维调整台设置在多齿分度台上，方晶台设置在多维调整台上。将成像系统置于多维调整台上，成像系统接收自准直仪发出的激光束。

在本发明的一个实施例中，多维调整台为四维调整台，将成像系统置于四维调整台上，成像系统接收自准直仪发出的十字叉丝，多齿分度台绕二维空间中的y抽旋转，以使全色成像模块探测器左右边缘区域分别对十字叉丝进行成像为第一十字叉丝图像和第二十字叉丝图像和使光场光谱成像模块探测器左右边缘区域分别对所述十字叉丝进行成像为第三十字叉丝图像和第四十字叉丝图像。

在本发明的一个实施例中，多维调整台为四维调整台，确定模块具体用于：读取第一十字叉丝图像和第二十字叉丝图像并进行拟合计算获得十字叉丝的第一水平直线v水平＝a1μ+b1、第一竖直线v竖直＝a2μ+b2、第二水平直线v水平＝a3μ+b3和第二竖直线v竖直＝a4μ+b4，其中，a1、a2、b1和b2分别为第一水平直线和第一竖直线的数学系数，a3、a4、b3和b4分别为第二水平直线和第二竖直线的数学系数，μ为方向系数，并分别计算出第一水平直线和第一竖直线的第一交点坐标为s1(μs1’,vs1)和第二水平直线和第二竖直线的第二交点坐标为s2(μs2’,vs2)。读取第三十字叉丝图像和第四十字叉丝图像并进行拟合计算获得十字叉丝的第三水平直线t水平＝a5r+b5、第三竖直线t竖直＝a6r+b6、第四水平直线t水平＝a7r+b7和第四竖直线t竖直＝a8r+b8，其中，a5、a6、b5和b6分别为第三水平直线和第三竖直线的数学系数，a7、a8、b7和b8分别为第四水平直线和第四竖直线的数学系数，μ为方向系数，并分别计算出第三水平直线和第三竖直线的第三交点坐标p1(rp1’,rp1)和第四水平直线和第四竖直线的第四交点坐标p2(rp2’,tp2)。全色成像模块探测器与四维调整台的夹角δβ为：光场光谱成像模块探测器与四维调整台的夹角δγ为：

在本发明的一个实施例中，多维调整台为四维调整台，全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的相对旋转角度δθ为：δθ＝δβ-δγ；全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的相对位移量δ水平和δ竖直分别为：和

本发明实施例的探测器调试装置，首先构建模块构建调试系统，处理模块再将被调整成像系统置于构建调试系统的参考平面进而调整模块然后调整全色成像模块探测器和光场光谱成像模块探测器的旋转角度使得获取模块获得成像位置图像，最后确定模块分别计算出相对旋转角度以及相对位移量。该装置能够有效控制两个探测器的相对旋转角度，保证较小的旋转误差和测定图像的位移误差。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。