專利名稱：數(shù)字視差測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光學精密測量技術領域，是一種數(shù)字視差測量裝 置，可用于光學系統(tǒng)分劃板的檢測與裝配過程中的高精度視差測量。
背景技術：
光學系統(tǒng)結構如圖1所示，其中分劃板3很難保證準確地裝在望 遠物鏡2(或等值物鏡)的像方焦面4上，距焦面有一定線視差6，則無 窮遠目標的平行光線1經望遠物鏡2所成的像就不會會聚在分劃板3 上，因此人眼不能同時看清目標與分劃板3，影響對目標的觀測；由 于線視差6的影響，通過光學系統(tǒng)的目鏡5觀察，人眼在目鏡5垂軸
方向移動時，視場中無窮遠物體的像與分劃線會相互錯動，在物方產 生全視差角7，影響瞄準。
針對各種光學儀器特別是帶有分劃板的可見光成像系統(tǒng)，經常由 于分劃板沒有精確地調整到望遠物鏡的焦平面而產生視差，嚴重地影 響了對目標的觀測和瞄準。長期以來望遠系統(tǒng)在裝配時分劃板是要靠 人眼目視方法實現(xiàn)視差調整。光學系統(tǒng)經過目視視差調整后，全視差 角在4' ~ 6'左右，只有高精度和大倍率的光學系統(tǒng)才可調整到^1 '。隨著光電儀器的快速發(fā)展，各種先進的光電觀瞄系統(tǒng)急需高精度 的視差測量與調整手段。
有關國內外視差測量技術的檢索有《紅外與激光工程》的《一種 視差的自動檢測方法》；《半導體光電》的《利用CCD實現(xiàn)望遠系統(tǒng)視 差自動測試的研究》及《光學儀器》的《光學儀器視差自動檢測研究》。 這些視差測量技術盡管加入CCD攝像和圖像采集模塊，但是仍然沿用 了傳統(tǒng)的目視測量方法，沿用了分體式光路，需要由平行光管提供無 限遠目標，光路調整復雜，引入了較多系統(tǒng)誤差，未能實現(xiàn)真正的高 精度視差測量。
發(fā)明內容
本實用新型的目的是為了提高視差測量精度、改進視差測量方法而提供一種數(shù)字視差測量裝置，可用于光學系統(tǒng)的檢測與裝配過程中 的高精度視差測量。
本實用新型的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。 一種數(shù)字視差測量裝置包括包括光源、被測光學系統(tǒng)、物鏡、 圖像采集模塊、計算機和機電平移臺，其中物鏡裝卡于機電平移臺上; 被測光學系統(tǒng)包括目鏡、分劃板和望遠物鏡；以光路走向表述連接關 系被測光學系統(tǒng)在光源和物鏡之間，光源通過目鏡照明被測光學系 統(tǒng)的分劃板，光線透過望遠物鏡后進入物鏡并在圖像采集模塊上成像， 圖像采集模塊將所成圖像傳送給計算機，計算機控制機電平移臺實現(xiàn) 機電平移，機電平移臺向計算機返回機電平移數(shù)據(jù)。
在進行測量前的粗瞄對準時，還可以包括分光系統(tǒng)、粗瞄攝像機、 監(jiān)視器，其光路走向為，光線透過望遠物鏡后，經分光系統(tǒng)進行光路 切換，進入粗瞄攝像機，將采集到的視頻信號傳輸給監(jiān)視器上；粗瞄 對準完成后，分光系統(tǒng)再次切換光路，將望遠物鏡的透射光線傳給物 鏡，并在圖像采集模塊上成像，圖像采集模塊將所成圖像傳送給計算 機，計算機控制機電平移臺實現(xiàn)機電平移，機電平移臺向計算機返回 機電平移數(shù)據(jù)。
在完成視差測量后，還可以包括環(huán)境監(jiān)測模塊與機殼，其中環(huán)境監(jiān) 測模塊置于機殼內部，將機殼內的環(huán)境參數(shù)傳送給計算機，計算機修 正由環(huán)境變化引起的測量誤差。
數(shù)字視差測量儀的測量方法是首先將數(shù)字視差測量儀的物鏡對 準望遠物鏡，然后用光源照明被測光學系統(tǒng)的分劃板，分劃板依次通 過望遠物鏡、分光系統(tǒng)、物鏡后在圖像采集模塊上成像。而后計算機 控制機電平移臺帶動物鏡軸向移動，從而改變了離焦量，實現(xiàn)圖像采 集模塊相對物鏡焦點的離焦掃描。在離焦掃描過程中，計算機獲取一 組不同軸向位置對應分劃板的數(shù)字圖像，并通過軟件計算圖像清晰度 值最高的軸向位置，以此軸向位置的離焦量計算出被測光學系統(tǒng)的線 視差及全視差角。
測量進行前，還可以使用分光系統(tǒng)將望遠物鏡透射出的光線折轉， 并在粗瞄攝像機上成像，粗瞄攝像機將采集到的視頻信號傳輸給監(jiān)視 器上，調整人員可根據(jù)監(jiān)視器的圖像進行測量前的快速粗瞄對準。
測量完成后，還可以使用計算機通過環(huán)境監(jiān)測模塊獲取機殼內部的環(huán)境參數(shù)，而后計算機根據(jù)環(huán)境參數(shù)修正被測光學系統(tǒng)的視差測量 結果。
測量完成后，還可以使用計算機計算物鏡的像差，而后計算機根 據(jù)物鏡的像差值修正被測光學系統(tǒng)的視差測量結果。 有益效果
1) 改進測量光路，無需使用平行光管提供無限遠目標，光路調整
方便，測量速度快；
2) 實現(xiàn)計算機控制的自動化視差測量，測量速度快；
3) 軟件修正測量過程中的系統(tǒng)誤差，測量精度高；
4) 具有粗瞄功能，測前調整速度快。
圖1為傳統(tǒng)視差測量方法原理圖； 圖2為本實用新型實施例的系統(tǒng)結構示意圖； 圖3為本實用新型實施例的光路圖； 圖4為本實用新型實施例的實際測試數(shù)據(jù)圖； 圖5為本實用新型實施例的實際測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計直方圖； 其中1-平行光線、2-望遠物鏡、3-分劃板、4-像方焦面、5-目 鏡、6-線視差、7-全視差角、8-光源、9-被測光學系統(tǒng)、10-分光系統(tǒng)、 ll-物鏡、12-圖像采集模塊、13-計算機、14-環(huán)境監(jiān)測模塊、15-機電平移臺、16-粗瞄攝像機、17-監(jiān)視器、18-機殼、19-物鏡焦點、 20-離焦量。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。 如圖2所示，本實用新型的一種數(shù)字視差測量裝置，包括光源8、 物鏡11、圖像采集模塊12、計算機13、機電平移臺15;所述光源8 為直流LED光源，通過目鏡5照明被測光學系統(tǒng)9的分劃板3，光線 透過焦距為164. 99mm的望遠物鏡2后，透過焦距為201. 4咖的物鏡 11，并在圖像采集模塊12上成像。圖像采集模塊12采用數(shù)字CCD攝 像機，并將所成圖像傳送給計算機13，計算機13控制機電平移臺15實現(xiàn)機電平移，機電平移臺15通過串口向計算機13返回機電平移數(shù) 據(jù)；所述物鏡11裝卡于機電平移臺15上。
還包括分光系統(tǒng)10、粗瞄攝像機16、監(jiān)視器17，其中粗瞄攝像 機16為具有16mm焦距鏡頭的CCD攝像機，分光系統(tǒng)10為可旋轉45° 的反射鏡，反射鏡將望遠物鏡2出射光線折轉90°，并由粗瞄攝像機 16接收，攝像機的視頻圖像在CRT監(jiān)視器17上顯示，用于測量前的 快速粗瞄調整。
還包括環(huán)境監(jiān)測模塊14，其采用PT100溫度傳感器，使用串口與 計算機連接，可將實時溫度參數(shù)傳送給計算機13，計算機13根據(jù)機 電平移臺15的溫度膨脹系數(shù)乘以溫度變化量得到溫度膨脹量，而后在 視差測量結果中減去修正膨脹量，修正由溫度變化引起的測量誤差。
實施例中的物鏡11在設計與加工過程中存在其固有的場曲像差， 計算機13的軟件可以通過物鏡11的場曲特征方程計算出場曲值，而 后在視察測量結果中減去修正物鏡11的場曲值，修正由于物鏡11的 場曲引起的視差測量誤差。
實施例中的機電平移臺15通過串口與計算機連接，利用具有 0.5拜分辨率的光柵尺構建閉環(huán)，機電平移臺15的可移動距離為 35mra,可實現(xiàn)高精度閉環(huán)機電平移。
實施例中的分光系統(tǒng)10采用旋轉反射鏡，在粗瞄調整完成后，分 光系統(tǒng)10的反射鏡旋轉出光路，此時數(shù)字視差測量儀測量光路如圖3 所示，視差測量方法是
首先，將數(shù)字視差測量儀的物鏡11對準望遠物鏡2,然后用光源8 照明被測光學系統(tǒng)9的分劃板3，分劃板3的光線依次通過望遠物鏡2、 分光系統(tǒng)IO、物鏡11后在圖像采集模塊12上成像。
而后，計算機13控制機電平移臺15帶動物鏡11軸向移動，從而 改變了離焦量20，實現(xiàn)圖像采集模塊12相對物鏡焦點19的離焦掃描。 在離焦掃描過程中，計算機13獲取一組不同軸向位置對應分劃板3的 數(shù)字圖像，并通過圖像處理軟件使用環(huán)境計算清晰度值最高的軸向位 置，以此軸向位置的離焦量20計算出被測光學系統(tǒng)的線視差6及全視 差角7。
而后，計算機13通過物鏡11的場曲特征方程與環(huán)境監(jiān)測模塊14 傳送的溫度數(shù)據(jù)計算視差結果的修正值，完成對視差測量結果的修正。最后，將修正后的視差測量結果在計算機上顯示。
實施例中被測光學系統(tǒng)9采用164. 99mm焦距的望遠物鏡2，數(shù)字 視差測量儀采用201.4min焦距的物鏡11，重復測量視差100次，軟件 測試數(shù)據(jù)如圖4所示，被測望遠系統(tǒng)線視差6的平均值為53. 8 li m。 對數(shù)據(jù)進行誤差分析后得出，線視差6的擴展不確定度為1.82um， 換算為全視差角7的擴展不確定度為0.32"，直方統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖如圖5 所示。
通過實際檢測此實施例通過一系列的措施提高了視差測量的精 度，實現(xiàn)了數(shù)字化視差測量，數(shù)字視差測量儀與常規(guī)測量方法相比， 測量精度提高了一個數(shù)量級以上。
以上結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作了說明，但這些說 明不能被理解為限制了本實用新型的范圍，本實用新型的保護范圍由 隨附的權利要求書限定，任何在本實用新型權利要求基礎上的改動都 是本發(fā)明的保護范圍。
權利要求1數(shù)字視差測量裝置，其特征在于包括光源(8)、被測光學系統(tǒng)(9)、物鏡(11)、圖像采集模塊(12)、計算機(13)和機電平移臺(15)，其中物鏡(11)裝卡于機電平移臺(15)上；被測光學系統(tǒng)(9)包括目鏡(5)、分劃板(3)和望遠物鏡(2)；以光路走向表述連接關系被測光學系統(tǒng)(9)在光源(8)和物鏡(11)之間，光源(8)通過目鏡(5)照明被測光學系統(tǒng)(9)的分劃板(3)，光線透過望遠物鏡(2)后進入物鏡(11)并在圖像采集模塊(12)上成像，圖像采集模塊(12)將所成圖像傳送給計算機(13)，計算機(13)控制機電平移臺(15)實現(xiàn)機電平移，機電平移臺(15)向計算機(13)返回機電平移數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字視差測量裝置，其特征在于在 進行測量前的粗瞄對準時，還可以包括分光系統(tǒng)(IO)、粗瞄攝像機 (16)、監(jiān)視器(17)，其光路走向為，光線透過望遠物鏡(2)后，經分 光系統(tǒng)(IO)進行光路切換，進入粗瞄攝像機(16),將采集到的視頻 信號傳輸給監(jiān)視器(17)上；粗瞄對準完成后，分光系統(tǒng)(10)再次切換 光路，將望遠物鏡(2)的透射光線傳給物鏡(11),并在圖像采集模塊(12) 上成像，圖像采集模塊(12)將所成圖像傳送給計算機(13)，計算 機(13)控制機電平移臺(15)實現(xiàn)機電平移，機電平移臺(15)向計算機(13) 返回機電平移數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字視差測量裝置，其特征在于在 完成視差測量后，還可以包括環(huán)境監(jiān)測模塊(14)與機殼(18),其中環(huán) 境監(jiān)測模塊(14)置于機殼(18)內部，將機殼(18)內的環(huán)境參數(shù)傳送給 計算機(13)，計算機(13)修正由環(huán)境變化引起的測量誤差。
專利摘要本實用新型屬于光學精密測量技術領域，涉及一種數(shù)字視差測量裝置。包括光源、物鏡、圖像采集模塊、計算機、機電平移臺。光源通過目鏡照明被測光學系統(tǒng)的分劃板，光線透過望遠物鏡后進入物鏡并在圖像采集模塊上成像，圖像采集模塊將所成圖像傳送給計算機，計算機控制機電平移臺實現(xiàn)機電平移，機電平移臺向計算機返回機電平移數(shù)據(jù)；物鏡裝卡于機電平移臺上。本實用新型還可以包括分光系統(tǒng)，光線通過分光系統(tǒng)進入粗瞄攝像機，將采集到的視頻信號傳輸給監(jiān)視器，用于測量前的粗瞄對準。本實用新型用計算機來修正由環(huán)境變化引起的測量誤差，具有精度高、速度快、客觀性好的優(yōu)點，可用于光學系統(tǒng)的檢測與裝配過程中的高精度視差測量。
文檔編號G01M11/02GK201255687SQ20082013631
公開日2009年6月10日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權日2008年9月19日
發(fā)明者任建榮, 川 何, 周桃庚, 孫若端, 張旭升, 林家明, 沙定國, 趙維謙, 陳凌峰 申請人:北京理工大學