一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法，主要包括以下步驟：利用折轉(zhuǎn)平面反射鏡將紫外平行光管發(fā)出的平行光束折轉(zhuǎn)進(jìn)入超大視場紫外臨邊成像儀中；通過六維轉(zhuǎn)臺帶動紫外臨邊成像儀沿儀器像面矢徑垂直方向旋轉(zhuǎn)，從而完成儀器同一入射角下的幾何定標(biāo)；借助經(jīng)緯儀監(jiān)測值，依次有序地改變折轉(zhuǎn)平面反射鏡折轉(zhuǎn)沿儀器像面矢徑方向的平行光束的角度，重復(fù)完成儀器不同入射角下的幾何定標(biāo)工作；對儀器不同入射角下的幾何定標(biāo)結(jié)果插值擬合，給出紫外臨邊成像儀像面所有像素對應(yīng)的幾何方位。本發(fā)明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法適用于這種超大視場紫外臨邊成像儀的高精度幾何定標(biāo)。
【專利說明】一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)幾何定標(biāo)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用平行光管、六維轉(zhuǎn)臺及經(jīng)緯儀等設(shè)備進(jìn)行幾何定標(biāo)的，超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)遙感儀器用于探測臭氧等大氣痕量氣體，其探測反演數(shù)據(jù)不僅需要通過輻射定標(biāo)來確定其大小，而且還要通過幾何定標(biāo)來確定遙感儀器探測目標(biāo)的位置屬性，兩者缺一不可。
[0003]國內(nèi)外常用于遙感儀器幾何定標(biāo)的主流方法依然是室內(nèi)或野外檢校場、室內(nèi)多級標(biāo)定等，其基本原理均是通過測量物空間一系列已知幾何關(guān)系的物點(diǎn)之間投影到遙感儀器像空間像平面上不同像點(diǎn)之間的位置坐標(biāo)變化關(guān)系，經(jīng)后續(xù)直接線性變換或基于空間后方交會等算法的擬合計(jì)算，從而精確給出遙感儀器的幾何成像模型。室內(nèi)或野外檢校場方法盡管精度較高，但建設(shè)成本也高，檢校場的大小直接依賴于遙感儀器視場角的大小以及幾何定標(biāo)的距離，檢校場不同物點(diǎn)處的光源也需滿足遙感儀器探測的光譜需要；室內(nèi)多級標(biāo)定通過平行光管照明均勻分布圓形小孔標(biāo)記的平板作為物點(diǎn)，平板可沿長直導(dǎo)軌滑動從而對遙感儀器產(chǎn)生不同的距離及視場張角，但導(dǎo)軌需要有很高的直線度，平行光管的口徑及平板的大小也直接受制于遙感儀器的視場大小。
[0004]近年來，為滿足空間大氣遙感探測需求，發(fā)展了一種140° -146°超大視場紫外臨邊成像儀，對于此類儀器幾何定標(biāo)來說，室內(nèi)或野外檢校場方法精度較低且成本太大，室內(nèi)多級標(biāo)定也由于紫外平行光管口徑的加大、平板尺寸的加大以及相應(yīng)導(dǎo)軌加長等諸多因素的限制也不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的幾何定標(biāo)方法標(biāo)定超大視場紫外臨邊成像儀精度較低及成本太大的技術(shù)問題，提出一種利用平行光管、六維轉(zhuǎn)臺及經(jīng)緯儀等設(shè)備進(jìn)行幾何定標(biāo)的，超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0007]—種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法，主要包括以下步驟:
[0008]利用折轉(zhuǎn)平面反射鏡將紫外平行光管發(fā)出的平行光束折轉(zhuǎn)進(jìn)入超大視場紫外臨邊成像儀中；
[0009]通過六維轉(zhuǎn)臺帶動紫外臨邊成像儀沿儀器像面矢徑垂直方向旋轉(zhuǎn)，從而完成儀器同一入射角下的幾何定標(biāo)；
[0010]借助經(jīng)緯儀監(jiān)測值，依次有序地改變折轉(zhuǎn)平面反射鏡折轉(zhuǎn)沿儀器像面矢徑方向的平行光束的角度，重復(fù)完成儀器不同入射角下的幾何定標(biāo)工作；
[0011]對儀器不同入射角下的幾何定標(biāo)結(jié)果插值擬合，給出紫外臨邊成像儀像面所有像素對應(yīng)的幾何方位。[0012]上述技術(shù)方案中，所述折轉(zhuǎn)平面反射鏡表面蒸鍍紫外高反膜，通過L形連接板固定在一維轉(zhuǎn)臺表面，其反射面與一維轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)表面垂直。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述紫外臨邊成像儀通過連接板與六維轉(zhuǎn)臺連接固定，所述連接板可保證儀器光軸與六維轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸線盡可能重合。
[0014]上述技術(shù)方案中，所述經(jīng)緯儀可以:
[0015]沿折轉(zhuǎn)反射鏡反射平行光束方向直接觀測給出上述紫外臨邊成像儀的入射視場角；
[0016]通過對一維轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)表面監(jiān)視反射鏡自準(zhǔn)直，精確地給出一維轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度；
[0017]對儀器安裝水平面上標(biāo)準(zhǔn)立方棱鏡自準(zhǔn)直，指導(dǎo)調(diào)節(jié)儀器光軸始終垂直水平面。
[0018]本發(fā)明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法，所述儀器像面矢徑垂直方向及矢徑方向是基于像面中心像素為極坐標(biāo)原點(diǎn)，矢徑方向?qū)?yīng)儀器臨邊觀測高度方向，矢徑垂直方向?qū)?yīng)臨邊觀測方位方向。
[0019]所述對儀器不同入射角下的幾何定標(biāo)結(jié)果插值擬合，主要是考慮儀器像面像素點(diǎn)太多，逐點(diǎn)幾何定標(biāo)不太現(xiàn)實(shí)，因而對儀器全視場選擇性的給出一些幾何定標(biāo)結(jié)果，通過插值擬合給出像面像素點(diǎn)與儀器觀測目標(biāo)幾何坐標(biāo)間的關(guān)系，插值擬合的好壞可通過抽選視場加以檢驗(yàn)。
[0020]本發(fā)明具有以下的有益效果:
[0021]本發(fā)明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法，通過平行光管、六維轉(zhuǎn)臺及經(jīng)緯儀等設(shè)備，精確地模擬儀器實(shí)際工作時(shí)的幾何觀測情況，極大地降低了儀器超大視場幾何定標(biāo)所帶來的立體空間需求以及隨之而來的成本要求；同時(shí)，經(jīng)緯儀及六維轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的精度遠(yuǎn)小于儀器像面單像素對應(yīng)的視場角，使得幾何定標(biāo)結(jié)果具有很高的精度和重復(fù)性；該方法所利用的設(shè)備重復(fù)使用率高，尤其紫外波段信號強(qiáng)，尤其適用于這種超大視場紫外臨邊成像儀的聞精度幾何定標(biāo)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]圖1是一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中的附圖標(biāo)記表示為:
[0025]1-紫外光源；2_平行光管；3_ —維轉(zhuǎn)臺；4_折轉(zhuǎn)平面反射鏡；5_六維轉(zhuǎn)臺；6_控制電箱；7-儀器轉(zhuǎn)臺連接板；8-標(biāo)準(zhǔn)立方棱鏡；9_監(jiān)視平面反射鏡；10_萊卡經(jīng)緯儀；11-萊卡經(jīng)緯儀；12_紫外臨邊成像儀；13?15-經(jīng)緯儀的觀測方位。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明的發(fā)明思想為:本發(fā)明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法，利用平行光管和折轉(zhuǎn)平面反射鏡模擬任意方位無窮遠(yuǎn)觀測目標(biāo)，并通過高精度萊卡經(jīng)緯儀及六維轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)準(zhǔn)確地給出無窮遠(yuǎn)目標(biāo)相對于儀器的方位，尤其適用于超大視場紫外成像儀的高精度幾何定標(biāo)。
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述:
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法適用的幾何定標(biāo)裝置包括:平行光管系統(tǒng)(紫外光源1、平行光管2、一維轉(zhuǎn)臺3、折轉(zhuǎn)平面反射鏡4)、六維轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)(六維轉(zhuǎn)臺5、控制電源6、儀器轉(zhuǎn)臺連接板7)、監(jiān)視系統(tǒng)(標(biāo)準(zhǔn)立方棱鏡8、監(jiān)視平面反射鏡9、萊卡經(jīng)緯儀10、萊卡經(jīng)緯儀11)。其中，折轉(zhuǎn)平面反射鏡4可將平行光管2發(fā)出的平行光束折轉(zhuǎn)，一部分沿經(jīng)緯儀觀測方向13由萊卡經(jīng)緯儀11進(jìn)行角度確認(rèn)，一維轉(zhuǎn)臺3依據(jù)萊卡經(jīng)緯儀11確認(rèn)結(jié)果調(diào)節(jié)折轉(zhuǎn)平面反射鏡4反射光束角度，從而使另一部分平行光束以已知角度進(jìn)入紫外臨邊成像儀12的視場，萊卡經(jīng)緯儀10沿觀測方向14記錄此時(shí)監(jiān)視平面反射鏡9的角度；
[0029]萊卡經(jīng)緯儀11沿觀測方向15監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)立方棱鏡8，通過控制電箱6調(diào)節(jié)六維轉(zhuǎn)臺5水平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直方向的傾斜，始終保證紫外臨邊成像儀光軸垂直于水平面，繼續(xù)通過控制電箱6調(diào)節(jié)六維轉(zhuǎn)臺5水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，從而給出紫外臨邊成像儀同一入射角下360°全方位的成像點(diǎn)(垂直像面矢徑方向)；
[0030]通過一維轉(zhuǎn)臺3改變折轉(zhuǎn)平面反射鏡4反射平行光束角度，重復(fù)以上步驟即可得到紫外臨邊成像儀一系列入射角下360°全方位的成像點(diǎn)，通過插值擬合可給出像面所有像素點(diǎn)與儀器實(shí)際觀測目標(biāo)幾何坐標(biāo)間的關(guān)系。
[0031]本發(fā)明的一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法，通過高精度萊卡經(jīng)緯儀監(jiān)測折轉(zhuǎn)平面反射鏡對平行光束進(jìn)行儀器像面矢徑方向的改變，通過高精度六維轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)轉(zhuǎn)動紫外臨邊成像儀實(shí)現(xiàn)儀器像面垂直矢徑方向的變化，從而得到紫外臨邊成像儀像面上一系列像素點(diǎn)對應(yīng)的儀器實(shí)際觀測目標(biāo)幾何方位。該方法角度精度遠(yuǎn)小于紫外臨邊成像儀像面單像素對應(yīng)的視場角，且重復(fù)性高，紫外波段信號強(qiáng)，此外，由于折轉(zhuǎn)平面反射鏡對光束的折轉(zhuǎn)，幾何定標(biāo)所需的實(shí)驗(yàn)室空間大大減小，該方法尤其適用于超大視場紫外臨邊成像儀前期的光機(jī)裝調(diào)及后期的幾何定標(biāo)。
[0032]本發(fā)明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法，所述儀器像面矢徑垂直方向及矢徑方向是基于像面中心像素為極坐標(biāo)原點(diǎn)，矢徑方向?qū)?yīng)儀器臨邊觀測高度方向，矢徑垂直方向?qū)?yīng)臨邊觀測方位方向。
[0033]所述對儀器不同入射角下的幾何定標(biāo)結(jié)果插值擬合，主要是考慮儀器像面像素點(diǎn)太多，逐點(diǎn)幾何定標(biāo)不太現(xiàn)實(shí)，因而對儀器全視場選擇性的給出一些幾何定標(biāo)結(jié)果，通過插值擬合給出像面像素點(diǎn)與儀器觀測目標(biāo)幾何坐標(biāo)間的關(guān)系，插值擬合的好壞可通過抽選視場加以檢驗(yàn)。
[0034]實(shí)施例
[0035]本課題組研制的紫外臨邊成像儀，其臨邊方向視場角為140°?146°，中心波長295nm，焦距22.37mm，光譜分辨率優(yōu)于15nm，空間分辨率要求小于3km。
[0036]為了對其進(jìn)行幾何視場定標(biāo)，傳統(tǒng)的室內(nèi)檢校場或多級標(biāo)定方法都面臨構(gòu)建成本大的問題，且兩者都占據(jù)空間大、具有排它性、構(gòu)建時(shí)空間維上的距離誤差也較大，幾何定標(biāo)精度難以保證儀器空間分辨率小于3km的要求。
[0037]為此，借助實(shí)驗(yàn)室紫外平行光管、高精度六維轉(zhuǎn)臺及萊卡經(jīng)緯儀，通過折轉(zhuǎn)反射鏡將紫外臨邊成像儀140°?146°臨邊成像光束折轉(zhuǎn)，從而精確地模擬出儀器像面上不同像素對應(yīng)的實(shí)際目標(biāo)方位。
[0038]本發(fā)明未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
[0039]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標(biāo)方法，其特征在于，主要包括以下步驟: 利用折轉(zhuǎn)平面反射鏡將紫外平行光管發(fā)出的平行光束折轉(zhuǎn)進(jìn)入超大視場紫外臨邊成像儀中； 通過六維轉(zhuǎn)臺帶動紫外臨邊成像儀沿儀器像面矢徑垂直方向旋轉(zhuǎn)，從而完成儀器同一入射角下的幾何定標(biāo)； 借助經(jīng)緯儀監(jiān)測值，依次有序地改變折轉(zhuǎn)平面反射鏡折轉(zhuǎn)沿儀器像面矢徑方向的平行光束的角度，重復(fù)完成儀器不同入射角下的幾何定標(biāo)工作； 對儀器不同入射角下的幾何定標(biāo)結(jié)果插值擬合，給出紫外臨邊成像儀像面所有像素對應(yīng)的幾何方位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何定標(biāo)方法，其特征在于，所述折轉(zhuǎn)平面反射鏡表面蒸鍍紫外高反膜，通過L形連接板固定在一維轉(zhuǎn)臺表面，其反射面與一維轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)表面垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何定標(biāo)方法，其特征在于，所述紫外臨邊成像儀通過連接板與六維轉(zhuǎn)臺連接固定，所述連接板可保證儀器光軸與六維轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸線盡可能重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何定標(biāo)方法，其特征在于，所述經(jīng)緯儀可以: 沿折轉(zhuǎn)反射鏡反射平行光束方向直接觀測給出上述紫外臨邊成像儀的入射視場角； 通過對一維轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)表面監(jiān)視反射鏡自準(zhǔn)直，精確地給出一維轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度； 對儀器安裝水平面上標(biāo)準(zhǔn)立方棱鏡自準(zhǔn)直，指導(dǎo)調(diào)節(jié)儀器光軸始終垂直水平面。
【文檔編號】G01C25/00GK103968859SQ201410182281
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】楊小虎, 王淑榮, 黃煜, 林冠宇 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所