多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统和方法，包括：多波段光电组件、小口径卡式平行光管、图像处理系统和控制系统；所述多波段光电组件包括光电基座和安装在光电基座上的可见光电视、激光测距仪、红外热像仪、电视反射镜、激光分光镜、红外分光镜、折转反射镜、二维扫描反射镜和保护外壳，所述红外热像仪光轴与红外分光镜透射光路重合，激光测距仪光轴与激光分光镜反射光路重合，可见光电视光轴与电视反射镜反射光路重合，所述二维扫描反射镜包括平面反射镜、俯仰轴系、方位轴系。本发明专利技术极大节省光轴标校所需人力和时间，可实现全地域全气候实时在线快速自动光轴标校。自动光轴标校。自动光轴标校。

【技术实现步骤摘要】
多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统和方法


[0001]本专利技术涉及光电设备
，具体涉及一种多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统和方法。

技术介绍

[0002]随着光电系统技术的发展，功能集成化、结构紧凑化成为重要发展趋势。主要实现方式是在一个光电设备中搭载多个波段的光电载荷(如可见光电视、红外热像仪、激光测距仪等)，同时采用共孔径光路来设计光机系统。对于多波段共孔径光电系统而言，光轴一致性是影响系统性能的重要指标，而光电设备在实际使用中又常常会因为外界环境变化和自身应力释放等原因导致光轴一致性经过一段时间后变差，因此需要经常对光电设备的光轴一致性进行标校。
[0003]当前常用的多波段光轴标校方法是采用外部临时搭设的标校装置(如大口径平行光管、非球面镜和靶板)，通过调整可见光电视、红外热像仪等光电载荷对靶标成像的视场中心至与激光光斑中心重合，达到光轴校准的目的(例如专利CN201720786674.8、专利CN201810338318.9)。但是这类方法在每次标校时需要人为在地面上或实验室环境中布置外部标校装置，准备工作较多，且需要特定场地，无法实现设备实时随地在线标校。专利CN201921381521.0和专利CN201410100387.8提供了一类共孔径多光谱光电设备自动校准方法，但均需要借助外界远距离目标进行校准，无法适用于低能见度天气或缺少外界远处目标的环境(如处于远海的舰载光电平台)。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统和方法，相较于现有的利用外部临时搭设的标校装置或外界远距离目标进行标校的技术，本专利技术采用小口径卡式平行光管作为光学靶标，将其安装于多波段共孔径光电设备的安装基座上，无需每次额外准备场地和器材，极大节省人力和时间，也无需寻找合适的外界远距离目标，因此不受场地和外界环境能见度等限制，可实现全地域全气候实时在线快速自动光轴标校。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供一种多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统，包括：
[0006]多波段光电组件、小口径卡式平行光管、图像处理系统和控制系统，控制系统与多波段光电组件、小口径卡式平行光管和图像处理系统连接；
[0007]所述多波段光电组件包括光电基座和安装在光电基座上的可见光电视、激光测距仪、红外热像仪、电视反射镜、激光分光镜、红外分光镜、折转反射镜、二维扫描反射镜和保护外壳，以及保护窗口，保护窗口安装在保护外壳上，与光电基座共同构成密闭腔体；
[0008]所述红外热像仪光轴与红外分光镜透射光路重合，提供红外图像；激光测距仪光轴与激光分光镜反射光路重合，通过发射激光并接收目标反射的激光进行测距；可见光电
视光轴与电视反射镜反射光路重合，提供可见光图像，所述激光测距仪设有可切换激光衰减片；
[0009]所述二维扫描反射镜包括平面反射镜、俯仰轴系、方位轴系，其中，俯仰轴系提供二维扫描反射镜的俯仰旋转运动，方位轴系提供二维扫描反射镜的方位旋转运动；
[0010]所述小口径卡式平行光管安装于光电基座上；
[0011]所述小口径卡式平行光管包括主镜、次镜、金属靶板和宽光谱光源；宽光谱光源可发出可见光和红外光；金属靶板中心刻有镂空十字靶标图案，供宽光谱光源发出的光线透过，金属靶板作为激光照射靶体；主镜和次镜为可见光、红外光、激光提供压缩平行光路。
[0012]根据本专利技术技术方案，还可以作出如下改进：
[0013]可选的，保护窗口对可见光、红外光和激光均高透。
[0014]可选的，二维扫描反射镜设置于保护窗口后方，对可见光、红外光和激光均高反；折转反射镜设置于二维扫描反射镜的反射光路中，与二维扫描反射镜的反射光路成45
°
放置，且对可见光、红外光和激光均高反；红外分光镜设置于折转反射镜的反射光路中，与折转反射镜成90
°
放置，且对红外光高透，对可见光和激光高反；激光分光镜设置于红外分光镜的反射光路中，与红外分光镜平行放置，且对可见光高透，对激光高反；电视反射镜设置于激光分光镜的反射光路中，与激光分光镜平行放置，对可见光高反。
[0015]可选的，可切换激光衰减片与激光测距仪的光轴垂直，在切入状态时，置于激光分光镜与激光测距仪之间的激光发射光路中，在切出状态时，退出激光发射光路。
[0016]可选的，小口径卡式平行光管为共孔径光路光轴标校提供多波段光学靶标，其安装方向和位置保证二维扫描反射镜通过调整方位和俯仰方向可以接收到小口径卡式平行光管发出的光线。
[0017]根据本专利技术的第二方面，提供了一种利用上述的多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统进行多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校的方法，其包括以下步骤：
[0018]S1：在多波段光电组件处于工作模式时，二维扫描反射镜接收从保护窗口入射的外界多波段光线，该多波段光线包括可见光、红外光、激光，并通过设定的光路传递到红外热像仪、激光测距仪和可见光电视；
[0019]S2：当需要进行光轴标校时，使多波段光电组件切换到光轴标校模式，此时，控制系统发送指令，打开宽光谱光源的开关，调整二维扫描反射镜的方位和俯仰方向，使多波段共孔径光路自动基本对准小口径卡式平行光管，并使红外热像仪视场中心自动对准红外图像中的金属靶板的十字靶标图案中心，控制系统记录此时二维扫描反射镜的方位角θ和俯仰角γ；
[0020]S3：通过图像处理系统提取可见光电视视场中心相对于可见光图像中金属靶板的十字靶标图案中心的偏移量，并据此自动换算出可见光电视光轴相对于红外热像仪光轴的平行度水平误差α1和竖直误差β1；
[0021]S4：控制系统发送指令，使可切换激光衰减片切入激光发射光路，防止激光反射光太强而损坏传感器；
[0022]S5：控制系统发送指令，使激光测距仪发射测距激光，此时可以在红外热像仪视场中观察到金属靶板上有被激光加热后的亮斑，通过图像处理系统提取激光亮斑中心相对于
金属靶板的十字靶标图案中心的偏移量，并据此自动换算出激光测距仪光轴相对于红外热像仪光轴的平行度水平误差α2和竖直误差β2；
[0023]S6：使多波段光电组件退出标校模式，控制系统根据获得的二维扫描反射镜方位角θ、俯仰角γ以及对应的光轴相对误差α1、β1、α2和β2，自动计算多波段共孔径光路在任意实时方位和俯仰角度时可见光电视光轴相对于红外热像仪光轴的平行度误差以及激光测距仪光轴相对于红外热像仪光轴的平行度误差，并据此实时控制图像处理系统调整红外热像仪和可见光电视的图像中心拉偏量，使红外热像仪和可见光电视光轴与激光测距仪光轴实时保持一致。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例的一种多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统结构示意图。
[0025]图2为本专利技术实施例的一种多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统二维反射镜的结构示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统，其特征在于，其包括：多波段光电组件(1)、小口径卡式平行光管(2)、图像处理系统(3)和控制系统(4)，控制系统(4)与多波段光电组件(1)、小口径卡式平行光管(2)和图像处理系统(3)连接；所述多波段光电组件(1)包括光电基座(1－11)和安装在光电基座(1－11)上的可见光电视(1－1)、激光测距仪(1－2)、红外热像仪(1－3)、电视反射镜(1－4)、激光分光镜(1－5)、红外分光镜(1－6)、折转反射镜(1－7)、二维扫描反射镜(1－8)和保护外壳(1－10)，以及保护窗口(1－9)，保护窗口(1－9)安装在保护外壳(1－10)上，与光电基座(1－11)共同构成密闭腔体；所述红外热像仪(1－3)光轴与红外分光镜(1－6)透射光路重合，提供红外图像；激光测距仪(1－2)光轴与激光分光镜(1－5)反射光路重合，通过发射激光并接收目标反射的激光进行测距；可见光电视(1－1)光轴与电视反射镜(1－4)反射光路重合，提供可见光图像，所述激光测距仪(1－2)设有可切换激光衰减片(1－2－1)；所述二维扫描反射镜(1－8)包括平面反射镜(1－8－1)、俯仰轴系(1－8－2)、方位轴系(1－8－3)，其中，俯仰轴系(1－8－2)提供二维扫描反射镜(1－8)的俯仰旋转运动，方位轴系(1－8－3)提供二维扫描反射镜(1－8)的方位旋转运动；所述小口径卡式平行光管(2)安装于光电基座(1－11)上；所述小口径卡式平行光管(2)包括主镜(2－1)、次镜(2－2)、金属靶板(2－3)和宽光谱光源(2－4)；宽光谱光源(2－4)可发出可见光和红外光；金属靶板(2－3)中心刻有镂空十字靶标图案(2－3－1)，供宽光谱光源(2－4)发出的光线透过，金属靶板(2－3)作为激光照射靶体；主镜(2－1)和次镜(2－2)为可见光、红外光、激光提供压缩平行光路。2.根据权利要求1所述的多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统，其特征在于，保护窗口(1－9)对可见光、红外光和激光均高透。3.根据权利要求2所述的多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系统，其特征在于，二维扫描反射镜(1－8)设置于保护窗口(1－9)后方，对可见光、红外光和激光均高反；折转反射镜(1－7)设置于二维扫描反射镜(1－8)的反射光路中，与二维扫描反射镜(1－8)的反射光路成45
°
放置，且对可见光、红外光和激光均高反；红外分光镜(1－6)设置于折转反射镜(1－7)的反射光路中，与折转反射镜(1－7)成90
°
放置，且对红外光高透，对可见光和激光高反；激光分光镜(1－5)设置于红外分光镜(1－6)的反射光路中，与红外分光镜(1－6)平行放置，且对可见光高透，对激光高反；电视反射镜(1－4)设置于激光分光镜(1－5)的反射光路中，与激光分光镜(1－5)平行放置，对可见光高反。4.根据权利要求3所述的多波段共孔径光电设备光轴相对误差在线标校系...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡秀棋，洪源，欧卫林，和龙，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：