可見和紅外光學系統(tǒng)光軸平行性外場標定

孟慶華

摘 要：光電經(jīng)緯儀在外場使用一段時間后，可見和紅外光學系統(tǒng)的光軸平行性可能發(fā)生變化，需要在外場進行標定。采用卡塞格林反射式平行光管進行子口徑分束，利用平面反射鏡對光束進行折轉(zhuǎn)得到兩束平行光。兩束平行光分別對準紅外和可見光學系統(tǒng)，利用亞像素細分技術(shù)計算質(zhì)心可得到紅外和可見光學系統(tǒng)平行性。實際結(jié)果表明：兩束平行光平行性經(jīng)標定后可達到1"，紅外和可見光學系統(tǒng)平行性可達到7"。

關(guān)鍵詞：光電經(jīng)緯儀 光軸平行性 外場標定 亞像素細分

中圖分類號：TN247 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098x（2014）03（b）-0200-01

光電測量設(shè)備是集光學、機械、電子、伺服控制、信息和計算機多學科技術(shù)集成的綜合性光學測量儀器，是現(xiàn)代軍事科學技術(shù)高速發(fā)展的結(jié)果，在國防、軍工、航空和航天等領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用日趨廣泛[1-3]。在靶場使用的小型光電經(jīng)緯儀同時具有可見和紅外多個光學傳感器，這些傳感器的光學系統(tǒng)光軸應(yīng)嚴格平行，保持指向一致，光學系統(tǒng)光軸的平行性是多光軸系統(tǒng)的一個重要指標之一。

這些傳感器的光軸平行性在出廠前都進行過嚴格標定，在外場使用一段時間后，各光學系統(tǒng)光軸之間的平行性仍然可能發(fā)生變化，因此需要在外場對各光學系統(tǒng)光軸進行標定。

該文介紹了具有可見和紅外光學系統(tǒng)的小型光電經(jīng)緯儀的光軸平行性的標定方法，采用卡塞格林平行光管進行子口徑分束，利用亞像素細分技術(shù)測量得到紅外和可見光學系統(tǒng)平行性。采用半導體激光預(yù)瞄準，大大節(jié)省了對準時間?？ㄈ窳制叫泄夤茏涌趶椒质b置可固定在三腳架上，極大方便了在外場的標定工作。

1 標定裝置原理

光軸平行性標定裝置原理見圖1，該裝置由卡塞格林系統(tǒng)、平面反射鏡和半導體激光器組成。

鹵素燈照明星點孔，光線經(jīng)卡塞格林系統(tǒng)的主次鏡反射，準直為平行光，把光束左右兩半分別經(jīng)平面反射鏡1和平面反射鏡2反射，再由平面反射鏡3和平面反射鏡4反射形成兩束平行光，分別射向可見和紅外光學系統(tǒng)。根據(jù)可見和紅外光學系統(tǒng)的光軸間距確定平面反射鏡3和平面反射鏡4的位置。

可見光CCD相機和紅外相機接收平行光管的星點像，通過亞像素細分技術(shù)準確計算星點像對可見和紅外光學系統(tǒng)光軸的偏離量，從而得到可見和紅外光學系統(tǒng)光軸的平行性。

通過亞像素細分技術(shù)，通過成像區(qū)域像元的灰度值計算得到質(zhì)心的位置。根據(jù)已知成像區(qū)域內(nèi)M×N像元的坐標（i，j）（i=1，…，M；j=1，…，N）和相應(yīng)的灰度值Gij，得到質(zhì)心的坐標為：

由以上公式式可算得質(zhì)心坐標（x，y）。若測得的星點圖像質(zhì)量較好，灰度比較均勻，有時也采用形心方法。在光學系統(tǒng)像質(zhì)和雜散光控制較好的條件下，可以做到優(yōu)于5細分，即質(zhì)心位置精度優(yōu)于1/5像素。

標定裝置兩束光的平行性通過大口徑平行光管進行標定，在大口徑平行光管焦面處CCD探測器對分別得到兩路光的星點孔像進行細分，通過調(diào)整平面反射鏡使兩個星點孔像重合。

2 精度分析

誤差源主要包括標定裝置兩束光的平行性誤差σ1、可見光系統(tǒng)的瞄準誤差σ2和紅外系統(tǒng)的瞄準誤差σ3。

設(shè)大口徑平行光管焦距為14 m，CCD探測器像素尺寸14 μm，則兩束光的平行性為：

面陣CCD探測器像素尺寸取14 μm，紅外探測器像素尺寸大于30 μm，可見光和紅外光學系統(tǒng)焦距f為200 mm，取5細分，則

則可見光和紅外系統(tǒng)的標定誤差為誤差σ為：

3 結(jié)語

該文介紹了小型光電經(jīng)緯儀的光軸平行性的外場標定方法，并對標定精度進行了分析。利用亞像素細分技術(shù)可提高紅外和可見光學系統(tǒng)光軸平行性的精度。兩束平行光平行性經(jīng)標定后可達到1"，紅外和可見光學系統(tǒng)平行性可達到7"。通過在裝校和外場實驗表明，該種方法快速簡便，得到了較好的應(yīng)用。

參考文獻

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