孟慶華

摘 要：光電經(jīng)緯儀在外場(chǎng)使用一段時(shí)間后，可見和紅外光學(xué)系統(tǒng)的光軸平行性可能發(fā)生變化，需要在外場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)定。采用卡塞格林反射式平行光管進(jìn)行子口徑分束，利用平面反射鏡對(duì)光束進(jìn)行折轉(zhuǎn)得到兩束平行光。兩束平行光分別對(duì)準(zhǔn)紅外和可見光學(xué)系統(tǒng)，利用亞像素細(xì)分技術(shù)計(jì)算質(zhì)心可得到紅外和可見光學(xué)系統(tǒng)平行性。實(shí)際結(jié)果表明：兩束平行光平行性經(jīng)標(biāo)定后可達(dá)到1"，紅外和可見光學(xué)系統(tǒng)平行性可達(dá)到7"。

關(guān)鍵詞：光電經(jīng)緯儀 光軸平行性 外場(chǎng)標(biāo)定 亞像素細(xì)分

中圖分類號(hào)：TN247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098x（2014）03（b）-0200-01

光電測(cè)量設(shè)備是集光學(xué)、機(jī)械、電子、伺服控制、信息和計(jì)算機(jī)多學(xué)科技術(shù)集成的綜合性光學(xué)測(cè)量?jī)x器，是現(xiàn)代軍事科學(xué)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(chǎng)使用的小型光電經(jīng)緯儀同時(shí)具有可見和紅外多個(gè)光學(xué)傳感器，這些傳感器的光學(xué)系統(tǒng)光軸應(yīng)嚴(yán)格平行，保持指向一致，光學(xué)系統(tǒng)光軸的平行性是多光軸系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)之一。

這些傳感器的光軸平行性在出廠前都進(jìn)行過嚴(yán)格標(biāo)定，在外場(chǎng)使用一段時(shí)間后，各光學(xué)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(chǎng)對(duì)各光學(xué)系統(tǒng)光軸進(jìn)行標(biāo)定。

該文介紹了具有可見和紅外光學(xué)系統(tǒng)的小型光電經(jīng)緯儀的光軸平行性的標(biāo)定方法，采用卡塞格林平行光管進(jìn)行子口徑分束，利用亞像素細(xì)分技術(shù)測(cè)量得到紅外和可見光學(xué)系統(tǒng)平行性。采用半導(dǎo)體激光預(yù)瞄準(zhǔn)，大大節(jié)省了對(duì)準(zhǔn)時(shí)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(chǎng)的標(biāo)定工作。

1 標(biāo)定裝置原理

光軸平行性標(biāo)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(dǎo)體激光器組成。

鹵素?zé)粽彰餍屈c(diǎn)孔，光線經(jīng)卡塞格林系統(tǒng)的主次鏡反射，準(zhǔn)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(xué)系統(tǒng)。根據(jù)可見和紅外光學(xué)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(jī)和紅外相機(jī)接收平行光管的星點(diǎn)像，通過亞像素細(xì)分技術(shù)準(zhǔn)確計(jì)算星點(diǎn)像對(duì)可見和紅外光學(xué)系統(tǒng)光軸的偏離量，從而得到可見和紅外光學(xué)系統(tǒng)光軸的平行性。

通過亞像素細(xì)分技術(shù)，通過成像區(qū)域像元的灰度值計(jì)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(biāo)（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(biāo)為：

由以上公式式可算得質(zhì)心坐標(biāo)（x，y）。若測(cè)得的星點(diǎn)圖像質(zhì)量較好，灰度比較均勻，有時(shí)也采用形心方法。在光學(xué)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(xì)分，即質(zhì)心位置精度優(yōu)于1/5像素。

標(biāo)定裝置兩束光的平行性通過大口徑平行光管進(jìn)行標(biāo)定，在大口徑平行光管焦面處CCD探測(cè)器對(duì)分別得到兩路光的星點(diǎn)孔像進(jìn)行細(xì)分，通過調(diào)整平面反射鏡使兩個(gè)星點(diǎn)孔像重合。

2 精度分析

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

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

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

則可見光和紅外系統(tǒng)的標(biāo)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(chǎng)標(biāo)定方法，并對(duì)標(biāo)定精度進(jìn)行了分析。利用亞像素細(xì)分技術(shù)可提高紅外和可見光學(xué)系統(tǒng)光軸平行性的精度。兩束平行光平行性經(jīng)標(biāo)定后可達(dá)到1"，紅外和可見光學(xué)系統(tǒng)平行性可達(dá)到7"。通過在裝校和外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，該種方法快速簡(jiǎn)便，得到了較好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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