專利名稱：紅外激光照明源發(fā)散角的測試方法及測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學領(lǐng)域，具體涉及紅外激光照明源發(fā)散角的測試方法及測 試裝置。
背景技術(shù)：
紅外激光照明源用于監(jiān)視成像系統(tǒng)照明，與一般激光器不同，它的光束 經(jīng)過擴束和勻化處理。激光光束的發(fā)散角是一種評價紅外激光照明源、決定 紅外激光照明源應用領(lǐng)域的重要指標，而且在監(jiān)視對象距離變化時，照明源 需要改變發(fā)散角，以保證近距離時有足夠的視場，遠距離時有足夠的照度， 并且盡可能保持照明光斑形狀、大小不變，發(fā)散角的調(diào)節(jié)范圍可以很大。用 于照明目的激光光源的發(fā)散角， 一般簡單定義為照射光斑對發(fā)射口的張角。
目前測試激光光束的發(fā)散角主要有光電探測器測試法以及CCD成相法。光 電探測器測試法的缺點是無法測量發(fā)散角小的激光光束以及操作比較繁瑣。 CCD成相法是用CCD相機接收激光器的光束在標準鏡頭的后焦面處形成的 聚焦光斑的信號，通過計算機處理CCD相機輸出的光斑信號，計算激光光 束的發(fā)散角。這種測量方法比較簡便，但是此方法比較適合小發(fā)散角的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種快速、操作簡單以及測量范圍大的紅外激光照 明源發(fā)散角的測量方法及其裝置。
本發(fā)明所提供的紅外激光照明源發(fā)散角的測試方法按如下步驟進行
(1) 調(diào)節(jié)由衰減片裝置、可變焦光學鏡頭、濾光片及CCD相機組成的 CCD成像單元的中心位置，使CCD成像單元的中心和被測紅外激光照明源 與漫射靶的距離相等，且光軸近似重合，由該CCD成像單元和計算機處理 系統(tǒng)對漫射靶上的紅外激光光斑進行測試；
(2) 在漫射靶上設(shè)置圍成正方形的四個發(fā)光二極管，四個發(fā)光二極管置 于正方形的四個頂點的位置上；
(3) 關(guān)閉被測紅外激光照明源，打開漫射靶上設(shè)置的四個固定發(fā)光二極
管；
(4) 調(diào)整CCD成像系統(tǒng)的位置，通過計算機處理系統(tǒng)，使四個固定發(fā)光 二極管都在可視的范圍內(nèi)；
(5) 通過計算機處理系統(tǒng)計算被測紅外激光照明源到漫射靶的距離；(6) 將被測紅外激光照明源發(fā)出的光束照在漫射靶上，并調(diào)整被測紅外 激光照明源，使紅外激光光斑落在漫射靶上設(shè)置的四個位置固定的發(fā)光二極 管圍成的正方形內(nèi)；
(7) 關(guān)閉漫射把上設(shè)置的四個固定發(fā)光二極管；
(8) 通過計算機處理系統(tǒng)計算紅外激光光斑大小；
(9) 通過計算機處理系統(tǒng)計算被測紅外激光照明源的發(fā)散角。 步驟(8)中紅外激光光斑大小的確定與分析計算步驟又分為
(8.1) 光強截取由CCD攝像機的暗電流確定光能量計算的閾值，確定
光強高于閾值的像素點為參與計算的有效信號，即對有效和無效照明像素進
行二值化處理；
(8.2) 光斑中心確定采用質(zhì)心法確定光斑中心；
(8.3) 光斑大小計算以光斑中心為圓心，以等距圓環(huán)逐漸向外擴展，直 到圓內(nèi)所有點的光強滿足圓內(nèi)所有點的光強和/總光強和=預定的功率能量 比，以此理想圓的直徑表示光斑大小。
根據(jù)漫射靶與照明源發(fā)射端口的距離D、光斑半徑R即可算出紅外激
光照明源的發(fā)散角為
^ = 2 x arctan(—) Z)
本發(fā)明所提供紅外激光照明源發(fā)散角的測試裝置由被測紅外激光照明 源1、包括CCD攝像機6的CCD成像單元及計算機處理系統(tǒng)7組成，CCD 攝像機6的輸出與計算機處理系統(tǒng)7連接，其特點是裝置上還有設(shè)在被測紅 外激光照明源l的初始光路上的漫射靶2，所述CCD成像單元是由衰減片 裝置3、可變焦光學鏡頭4、濾光片5、 CCD攝像機6構(gòu)成，所述CCD成 像單元的中心與漫射靶2的距離和被測紅外激光照明源與漫射靶2的距離相 等，且光軸近似重合。
本發(fā)明所提供的紅外激光照明源發(fā)散角的測試方法基于反射成像原理， 它采用CCD成像單元記錄漫射靶反射的紅外激光，漫射靶反射的紅外激光 經(jīng)可變焦光學鏡頭成像，經(jīng)CCD攝像機換成數(shù)字圖像，由計算機處理系統(tǒng) 運用圖像處理技術(shù)，通過對光斑進行分析得出光束發(fā)散角。由于紅外激光照 明源發(fā)出的光束經(jīng)漫射靶反射后的光束，經(jīng)過衰減片裝置后再通過可變焦光 學鏡頭成像，成像光斑沒有飽和點，同時由于漫射靶與可變焦光學鏡頭配合， 不但適合小發(fā)散角的測試，而且適合測試發(fā)散角大的激光光束。紅外激光照明源發(fā)散角是由被測紅外激光照明源到漫射靶的距離和紅 外激光光斑大小決定的，被測紅外激光照明源到漫射靶的距離測試是根據(jù)已
知固定目標在CCD攝像機上成像的像素值來推算CCD攝像機離被測紅外激光 照明源的距離。在漫射靶上設(shè)置圍成的正方形四個發(fā)光二極管，四個發(fā)光二 極管置于正方形的四個頂點的位置上，根據(jù)幾何成像光學原理，與CCD采集 的圖像對比，即可推算靶與CCD的距離，也即等于靶與照明源發(fā)射端口的距 離。采用如下公式
￡ = /x(l + A>4)
其中，D:漫射靶到被測紅外激光照明源的距離，f:可變焦光學鏡頭的焦 距，k:系數(shù)，L:固定目標的距離，即漫射耙上發(fā)光二極管圍成正方形的邊 長，b:固定目標兩點間的像素值。
若紅外激光照明源與漫射靶的距離已求出，并測出紅外激光光斑的大 小，利用幾何光學原理進行處理，即可得出發(fā)散角。本發(fā)明中紅外激光光斑 大小的確定與分析計算流程為光強截取一〉光斑中心確定一〉光斑大小計 算。光強截取由CCD攝像機的暗電流等確定光能量計算的閾值，灰度值(光 強)高于閾值的為可以用來照明的點，稱之為有效信號，整幅圖像上所有像 素點分為有效或無效信號后，光強進行二值化參與計算。在確定紅外激光光 斑大小的步驟中確定光斑中心是至關(guān)重要的，本發(fā)明采用質(zhì)心法確定光斑中 心，以重心作為光斑中心。欲確定光斑大小，首先要確定光斑中心位置。由 于激光光斑沒有明顯的邊緣，也不一定為準確的圓形，所以一維掃描法不能 準確確定其中心，而用質(zhì)心法可以準確確定不規(guī)則形狀的中心位置。設(shè)X
方向像素數(shù)為i， y方向像素數(shù)為j，各像素對應的灰度值為M (i， j)，有效 點對應的灰度值M (i， j)恒為1,無效點對應的灰度值M (i， j)恒為0，
則光斑中心位置為光斑大小計算以光斑中心為圓心，以等距離圓環(huán)逐漸向外擴展，直到 圓內(nèi)所有點的光強和滿足圓內(nèi)所有點的光強和/總光強和=預定的功率能量 比，以此理想圓的直徑表示光斑大小。對于不均勻分布的光斑圖樣，求出光 斑中心O后，以O(shè)為圓心，在半徑r處，做寬度為a的圓環(huán)，該環(huán)帶的灰度 密度分布P為
根據(jù)上式計算出的密度分布p，可以得到p-r的關(guān)系。以光斑的中心為 圓心，以1個像素為單位査找最接近63。/?？傆行袼氐膱A半徑R，即為光斑 半徑R。根據(jù)漫射耙與照明源發(fā)射端口的距離D、光斑半徑R即可算出紅外 激光照明源的發(fā)散角為
本發(fā)明所提供的紅外激光照明源發(fā)散角的測試方法具有操作簡單、測試
快速以及測量范圍大的優(yōu)點，用此方法測量發(fā)散角的范圍可達到0.5 10°。
本發(fā)明所提供紅外激光照明源發(fā)散角的測試裝置將被測紅外激光照明
源1發(fā)出的激光光束在漫射靶2上形成的激光光斑，經(jīng)由衰減片裝置3、可 變焦光學鏡頭4、濾光片5、 CCD攝像機6構(gòu)成的CCD成像單元對激光光 斑進行測試，通過漫射靶與可變焦鏡頭的配合使得可測試發(fā)散角的范圍較 大，調(diào)節(jié)衰減片裝置可以使紅外光斑在成像后沒有飽和點，濾光片的設(shè)置可 以減少空間雜散光對測試精度的影響。采用本發(fā)明所提供紅外激光照明源發(fā) 散角的測試裝置對紅外激光照明源發(fā)散角進行測試，具有操作簡單、測試快 速、測量發(fā)散角的范圍較大及測試精度相對較高的優(yōu)點，用本發(fā)明所提供的 測試裝置測量發(fā)散角的范圍可達到0.5 10°。
圖1為本發(fā)明所提供紅外激光照明源發(fā)散角的測試裝置一個實施例的 結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1、被測紅外激光照明源，2、漫射靶，2-1、漫射靶上設(shè)置的固定目標 -發(fā)光二極管，2-2、紅外激光光斑，3、衰減片裝置，4、可變焦光學透鏡， 5濾光片，6 CCD攝像機，7計算機處理系統(tǒng)。
具體實施例方式
下面結(jié)合


本發(fā)明的實施，圖1所示為本發(fā)明所提供測試紅外激

光照明源發(fā)散角的測試裝置一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該測試裝置由被測紅
外激光照明源1，漫射靶2，衰減片裝置3，可變焦光學透鏡4，濾光片5， CCD攝像機6，計算機處理系統(tǒng)7組成，漫射耙2設(shè)在被測紅外激光照明源 l的初始光路上，其中衰減片裝置3，可變焦光學透鏡4，濾光片5， CCD攝 像機6集成在一個結(jié)構(gòu)箱中，組成一個CCD成像單元，CCD成像單元的中 心與漫射靶的距離和被測紅外激光照明源與漫射靶的距離相等，且光軸近似 重合。
該實例中被測紅外激光照明源1的波長為A 二940nm無紅曝激光照明源； 在漫射靶2上設(shè)置固定目標2-1—4個940nm的發(fā)光二極管，組成一個500mm 的正方形，紅外激光光斑2-2在漫射靶2上是用肉眼看不見的，可以通過 CCD攝像機6和計算機處理系統(tǒng)7將它顯示出來；衰減片裝置3由三個衰減 片構(gòu)成；可變焦光學透鏡4的焦距f可從16mm-160mm之間變化，這樣可對 大小光斑進行較為精確的測量；濾光片5的中心透射波長為940nm，此濾光 片可以減小空間雜散光對測試精度的影響。
下面結(jié)合圖1介紹用上述測試紅外激光照明源發(fā)散角的測試裝置對被 測紅外激光照明源1發(fā)散角的測試。調(diào)試好測試裝置后按下述步驟進行
第一，將被測紅外激光照明源l關(guān)閉，打開漫射靶2上的固定目標2-1 的四個發(fā)光二極管。
第二，調(diào)整CCD成像系統(tǒng)的位置，通過計算機處理系統(tǒng)7，使四個發(fā)光 二極管都在可視的范圍內(nèi)。
第三，通過計算機處理系統(tǒng)7測出被測紅外激光照明源1到漫射靶2 的距離D;采用公式
其中，D:漫射靶到被測紅外激光照明源的距離，f:可變焦光學鏡頭 的焦距，k:系數(shù)，L:固定目標的距離，即漫射靶上發(fā)光二極管圍成正方形 的邊長，b:固定目標兩點間的像素值。
第四，打開被測紅外激光照明源l，并調(diào)整其角度，使其發(fā)射的紅外激 光光斑2-2，在漫射靶2的四個發(fā)光二極管2-1組成的正方形內(nèi)。
第五，關(guān)閉漫射耙2上的固定目標2-l—四個發(fā)光二極管。
第六，調(diào)節(jié)衰減片裝置3，使紅外激光光斑2-2沒有飽和點。
第七，計算機處理系統(tǒng)按照流程光強截取一〉光斑中心確定一〉光斑大小計算來計算光斑大小。
光強截取由計算機處理系統(tǒng)根據(jù)CCD攝像機的暗電流等確定光能量計 算的閾值。從而將圖像上的所有像素點分為有效和無效像素，并對這些有效 和無效像素進行二值化處理。
光斑中心確定采用質(zhì)心法，設(shè)x方向的像素數(shù)為i， y方向的像素數(shù)為j， 各像素對應的灰度值為M (i， j)，有效點對應的灰度值M (i， j)恒為1，
無效點對應的灰度值M (i， j)恒為0，則光斑中心位置為
光斑大小計算以光斑中心為圓心，以等距離圓環(huán)逐漸向外擴展，直到 圓內(nèi)所有點的光強和滿足圓內(nèi)所有點的光強和/總光強和=預定的功率能量 比，以此理想圓的直徑表示光斑大小。對于不均勻分布的光斑圖樣，求出光
斑中心o后，以o為圓心，在半徑r處，做寬度為a的圓環(huán)，該環(huán)帶的灰度
密度分布P為
根據(jù)上式計算出的密度分布p，可以得到p-r的關(guān)系。以光斑的中心為 圓心，以1個像素為單位查找最接近63M總有效像素的圓半徑R，即為光斑 半徑R。
第八，由計算機處理系統(tǒng)7根據(jù)公式
即可得出被測紅外激光照明源1的發(fā)散角。
對于所測試的紅外激光照明源的發(fā)散角大的，可將可變焦光學鏡頭的焦 距調(diào)小，最大可測試的發(fā)散角為10°,對于所測試的紅外激光照明源的發(fā)散 角小的，可將可變焦光學鏡頭的焦距調(diào)大，最小可測試的發(fā)散角為0.5。。
<formula>formula see original document page 9</formula>
權(quán)利要求
1、一種紅外激光照明源發(fā)散角的測試方法，其特征在于按下列步驟完成測試(1)調(diào)節(jié)由衰減片裝置、可變焦光學鏡頭、濾光片及CCD相機組成的CCD成像單元的中心位置，使CCD成像單元和被測紅外激光照明源的與漫射靶的中心距離相等，且光軸近似重合，由該CCD成像單元和計算機處理系統(tǒng)對漫射靶上的紅外激光光斑進行測試；(2)在漫射靶上設(shè)置圍成正方形的四個發(fā)光二極管，四個發(fā)光二極管置于正方形的四個頂點的位置上；(3)關(guān)閉被測紅外激光照明源，打開漫射靶上設(shè)置的四個固定發(fā)光二極管；(4)調(diào)整CCD成像系統(tǒng)，通過計算機處理系統(tǒng)，使四個固定發(fā)光二極管都在可視的范圍內(nèi)；(5)通過計算機處理系統(tǒng)計算被測紅外激光照明源到漫射靶的距離；(6)將被測紅外激光照明源發(fā)出的光束照在漫射靶上，并調(diào)整被測紅外激光照明源，使紅外激光光斑落在漫射靶上設(shè)置的四個位置固定的發(fā)光二極管圍成的正方形內(nèi)；(7)關(guān)閉漫射把上設(shè)置的四個固定發(fā)光二極管；(8)通過計算機處理系統(tǒng)計算紅外激光光斑大??；(9)通過計算機處理系統(tǒng)計算被測紅外激光照明源的發(fā)散角。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的紅外激光照明源發(fā)散角的測試方法，其特征 在于所述的步驟(8)中紅外激光光斑大小的，定與分析，計算步驟分為(8.1) 光強截取由CCD攝像機的暗電流確定光能量計算的閾值，確定 光強高于閾值的像素點為參與計算的有效信號，即對有效和無效照明像素進 行二值化處理；(8.2) 光斑中心確定采用質(zhì)心法確定光斑中心；(8.3) 光斑大小計算以光斑中心為圓心，以等距圓環(huán)逐漸向外擴展，直 到圓內(nèi)所有點的光強滿足圓內(nèi)所有點的光強和/總光強和=預定的功率能量 比，以此理想圓的直徑表示光斑大小。
3、 一種紅外激光照明源發(fā)散角的測試裝置，由被測紅外激光照明源(1)、包括CCD攝像機(6)的CCD成像單元及計算機處理系統(tǒng)(7)組成，CCD 攝像機(6)的輸出與計算機處理系統(tǒng)(7)連接，其特征在于裝置上還有設(shè) 在被測紅外激光照明源(1)的初始光路上的漫射靶(2)，所述CCD成像單元是由衰減片裝置(3)、可變焦光學鏡頭(4)、濾光片(5)、 CCD攝像機 (6)構(gòu)成，所述CCD成像單元的中心與漫射靶(2)的距離和被測紅外激 光照明源與漫射靶(2)的距離相等，且光軸近似重合。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學領(lǐng)域，具體涉及紅外激光照明源發(fā)散角的測試方法及測試裝置。該測試方法基于反射成像原理，它采用由CCD成像單元記錄漫射靶反射的紅外激光，通過可變焦光學鏡頭成像，經(jīng)CCD攝像機換成數(shù)字圖像，由計算機處理系統(tǒng)運用圖像處理技術(shù)對光斑進行分析得出光束發(fā)散角。本發(fā)明所提供的紅外激光照明源發(fā)散角的測試裝置由被測紅外激光照明源、漫射靶、由衰減片裝置、可變焦光學透鏡、濾光片、CCD攝像機構(gòu)成的CCD成像單元及計算機處理系統(tǒng)7組成。本發(fā)明提供的紅外激光照明源發(fā)散角的測試方法及裝置具有操作簡單、測試快速、測量發(fā)散角的范圍較大及測試精度相對較高的優(yōu)點。
文檔編號G01B21/22GK101435700SQ20081023841
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者余志勇, 王峻寧 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所