本發(fā)明涉及空間光學(xué)遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間相機(jī)場(chǎng)曲檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：
在空間相機(jī)的研制中，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)殘留場(chǎng)曲，光學(xué)元件的加工誤差和安裝位置偏差都會(huì)導(dǎo)致不同視場(chǎng)的焦點(diǎn)位置變化。場(chǎng)曲破壞空間相機(jī)成像像面清晰度的一致性，因此，場(chǎng)曲是空間相機(jī)研制過程中需要嚴(yán)格控制的一種像差。根據(jù)場(chǎng)曲的定義，場(chǎng)曲的直接測(cè)量方法是：利用平行光管產(chǎn)生物光并入射至空間相機(jī)中，在空間相機(jī)的焦面位置放置光電探測(cè)器、精密調(diào)整架及位置測(cè)量設(shè)備，探測(cè)平行光經(jīng)過相機(jī)后匯聚的焦點(diǎn)并記錄其位置；調(diào)整光管(或相機(jī))測(cè)試不同視場(chǎng)的焦點(diǎn)，得到全視場(chǎng)的場(chǎng)曲。公開號(hào)為103278179A，公開日為2013.09.04的專利，名稱為《空間相機(jī)場(chǎng)曲檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法》就是根據(jù)這個(gè)原來進(jìn)行場(chǎng)曲測(cè)量的方法。這種方法制造一個(gè)大口徑標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，將點(diǎn)光源放置在大口徑標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦點(diǎn)位置處以產(chǎn)生大口徑的平行光，該平行光入射相機(jī)并在相機(jī)的焦點(diǎn)處匯聚為彌散光斑；在相機(jī)的焦面上設(shè)置30個(gè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)30個(gè)光學(xué)探頭，通過數(shù)據(jù)采集和圖像處理分析在探頭接收到的彌散斑圖像最小時(shí)記錄支撐探頭的微位移平臺(tái)的位置，分別測(cè)量即可得到30個(gè)像場(chǎng)。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)空間相機(jī)的場(chǎng)曲測(cè)量，但是需要制造專門的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、微位移平臺(tái)、光學(xué)探頭、成本非常高，尤其是對(duì)大口徑的空間相機(jī)，要實(shí)現(xiàn)全口徑的場(chǎng)曲測(cè)試，必須制造對(duì)應(yīng)的大口徑的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，成本和技術(shù)難度都非常大；系統(tǒng)較為復(fù)雜，涉及點(diǎn)光源、大口徑標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、探頭、圖像采集及分析處理、微位移平臺(tái)，且判斷焦點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)為成像的彌散斑，誤差源較多；調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)試效率低，測(cè)試焦面點(diǎn)的數(shù)量受設(shè)計(jì)和成本限制。在空間相機(jī)波像差檢驗(yàn)過程中，最常采用的是基于干涉儀的自準(zhǔn)直檢驗(yàn)方法，即利用干涉儀產(chǎn)生在空間相機(jī)焦點(diǎn)處匯聚的球面波，經(jīng)過相機(jī)后由高精度平面鏡反射，再次匯聚至焦點(diǎn)，因此干涉儀出射光匯聚的焦點(diǎn)就是空間相機(jī)的焦點(diǎn)，利用這種自準(zhǔn)檢測(cè)光路也可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)曲的測(cè)量。公開號(hào)為102540751A，公開日為2012.07.04，名稱為《一種檢測(cè)投影物鏡畸變和場(chǎng)曲的方法》，采用的就是波像差檢測(cè)的自準(zhǔn)光路進(jìn)行場(chǎng)曲的測(cè)量。該方法采用9×9針孔掩模板、波前傳感器和干涉儀測(cè)量組件進(jìn)行測(cè)量。波前探測(cè)器探測(cè)焦距為f的被測(cè)物鏡經(jīng)準(zhǔn)直光路后的出射波的曲率半徑R，利用近似公式Az＝-f2/R計(jì)算出場(chǎng)曲Az。第一種方法中波前探測(cè)器測(cè)量出的曲率半徑R是擬合數(shù)據(jù)，不能夠剝離離焦造成的測(cè)量誤差，而計(jì)算場(chǎng)曲Az則利用的是近似公式Az＝-f2/R，造成場(chǎng)曲的計(jì)算誤差。這兩種方法都需要再制造一定的設(shè)備和儀器來專門進(jìn)行場(chǎng)曲的檢測(cè)，不同視場(chǎng)大小的空間相機(jī)就不要制造不同尺寸的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，通用性弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有空間相機(jī)的場(chǎng)曲檢測(cè)過程中存在檢測(cè)設(shè)備的通用性差、檢測(cè)精度及效率低等問題，提供一種采用激光跟蹤儀和干涉檢驗(yàn)測(cè)量空間相機(jī)場(chǎng)曲的方法。采用激光跟蹤儀和干涉檢驗(yàn)測(cè)量空間相機(jī)場(chǎng)曲的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：步驟一、調(diào)整平面反射鏡、空間相機(jī)和干涉儀的相對(duì)位置和角度，采用干涉儀對(duì)空間相機(jī)的某一視場(chǎng)角進(jìn)行自準(zhǔn)干涉檢測(cè)，獲得該視場(chǎng)角的擬合波像差系數(shù)的離焦項(xiàng)，調(diào)整干涉儀將離焦系數(shù)調(diào)至絕對(duì)值小于0.1時(shí)，記錄離焦系數(shù)大小和符號(hào)；步驟二、調(diào)整激光跟蹤儀的靶標(biāo)球，采用干涉儀對(duì)靶標(biāo)球的球面檢測(cè)，獲得靶標(biāo)球的面形結(jié)果，調(diào)整靶標(biāo)球的面形結(jié)果中的離焦系數(shù)，使離焦系數(shù)的絕對(duì)值小于0.1，并記錄離焦系數(shù)大小和符號(hào)；步驟三、采用激光跟蹤儀測(cè)量所述靶標(biāo)球的空間坐標(biāo)位置，該坐標(biāo)位置作為當(dāng)前該視場(chǎng)角對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)位置；步驟四、重復(fù)步驟一至步驟三，實(shí)現(xiàn)空間相機(jī)的全視場(chǎng)焦點(diǎn)位置測(cè)量，根據(jù)測(cè)量記錄的坐標(biāo)位置及離焦系數(shù)，獲得空間相機(jī)的場(chǎng)曲。本發(fā)明的原理：空間相機(jī)的焦點(diǎn)是平行光入射相機(jī)后球面波的匯聚點(diǎn)，而采用干涉儀、平面鏡進(jìn)行相機(jī)系統(tǒng)波像差自準(zhǔn)檢測(cè)時(shí)，是將干涉儀的出射球面波的匯聚中心放置在空間相機(jī)的焦點(diǎn)處，經(jīng)過空間相機(jī)變成平行光，再由平面反射鏡反射至匯聚點(diǎn)，最后進(jìn)入干涉儀發(fā)生干涉，因此干涉儀出射球面波的匯聚中心就是空間相機(jī)的焦點(diǎn)。采用同一干涉儀對(duì)激光跟蹤儀的靶標(biāo)球的球面進(jìn)行干涉檢測(cè)時(shí)，干涉儀出射光的匯聚中心剛好匯聚至靶標(biāo)球的球心時(shí)，干涉儀得到的是無傾斜、無離焦的檢測(cè)結(jié)果，此時(shí)采用激光跟蹤儀對(duì)靶標(biāo)球進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量，得到的是靶標(biāo)球球心的坐標(biāo)，因此激光跟蹤儀測(cè)量的坐標(biāo)就是空間相機(jī)的焦點(diǎn)位置；分別測(cè)量各個(gè)視場(chǎng)的焦點(diǎn)，就能夠計(jì)算場(chǎng)曲。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用空間相機(jī)的自準(zhǔn)檢測(cè)光路，采用激光跟蹤儀和靶標(biāo)球干涉檢測(cè)來測(cè)量場(chǎng)曲，測(cè)量精度高；測(cè)量原理簡(jiǎn)單明確，不需要制造專用的設(shè)備，通用性強(qiáng)，且測(cè)量的像場(chǎng)大小范圍大，測(cè)量的視場(chǎng)點(diǎn)數(shù)不受限制，使用方便；可以與相機(jī)的各視場(chǎng)波像差檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行，測(cè)量效率高。附圖說明圖1為本發(fā)明所述的采用激光跟蹤儀和干涉檢驗(yàn)測(cè)量空間相機(jī)場(chǎng)曲的方法中測(cè)量空間相機(jī)焦點(diǎn)的示意圖；圖2為本發(fā)明所述的采用激光跟蹤儀和干涉檢驗(yàn)測(cè)量空間相機(jī)場(chǎng)曲的方法中采用激光跟蹤儀測(cè)量空間相機(jī)其它視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)(用來擬合場(chǎng)曲)的示意圖；圖中：1、平面反射鏡，2、空間相機(jī)，3、激光跟蹤儀，4、干涉儀，5、靶標(biāo)球，6、干涉儀出射光匯聚焦點(diǎn)(也是相機(jī)無窮遠(yuǎn)焦點(diǎn)及靶標(biāo)球球心)，7、第二焦點(diǎn)。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，采用激光跟蹤儀測(cè)量空間相機(jī)場(chǎng)曲的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：步驟一、調(diào)整平面反射鏡1、空間相機(jī)2和干涉儀4的相對(duì)位置和角度，實(shí)現(xiàn)空間相機(jī)2某一視場(chǎng)的自準(zhǔn)波像差檢測(cè)；步驟二：通過干涉儀4進(jìn)行檢測(cè)并查看干涉儀4軟件中擬合波像差系數(shù)的離焦項(xiàng)，調(diào)整干涉儀4將離焦系數(shù)調(diào)整至絕對(duì)值小于0.1并記錄離焦系數(shù)大小和符號(hào)；步驟三：將激光跟蹤儀3的靶標(biāo)球5放置在安裝球座上并放在干涉儀4出射光的焦點(diǎn)6附近，然后精細(xì)調(diào)整與球座相連的三維平移調(diào)整架，實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)球5的球面干涉檢測(cè)(干涉儀4保持位置不動(dòng))；將靶標(biāo)球5的面形檢測(cè)結(jié)果中的離焦系數(shù)調(diào)整至絕對(duì)值小于0.1并記錄其大小和符號(hào)；步驟四：采用激光跟蹤儀3測(cè)量靶標(biāo)球5的空間坐標(biāo)，得到的是靶標(biāo)球5球心的坐標(biāo)；去除傾斜和離焦帶來的位置誤差后該位置就是空間相機(jī)2當(dāng)前視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的無窮遠(yuǎn)焦點(diǎn)，即干涉儀出射光匯聚焦點(diǎn)6的坐標(biāo)。步驟五：調(diào)整自準(zhǔn)平面鏡1和干涉儀4至其他視場(chǎng)自準(zhǔn)檢測(cè)狀態(tài)，重復(fù)上述步驟二至四，實(shí)現(xiàn)空間相機(jī)2的需求的其他焦點(diǎn)(圖2中的第二焦點(diǎn)7)的空間坐標(biāo)測(cè)量；步驟六：依靠上述測(cè)量得到的各視場(chǎng)焦點(diǎn)的空間坐標(biāo)及離焦系數(shù)，計(jì)算場(chǎng)曲、平面度等參量；繪制場(chǎng)曲曲線；進(jìn)行誤差分析和重復(fù)性精度測(cè)量。具體實(shí)施方式二、結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式一所述的采用激光跟蹤儀測(cè)量空間相機(jī)場(chǎng)曲的方法的實(shí)施例：a、調(diào)整平面反射鏡1相對(duì)于空間相機(jī)2的角度，達(dá)到需要的視場(chǎng)角(可借助經(jīng)緯儀等角度測(cè)量?jī)x器實(shí)現(xiàn))，然后調(diào)整干涉儀4的位置和角度，使干涉儀4出射的球心為焦點(diǎn)6的球面波經(jīng)過空間相機(jī)2、平面鏡1后，再反射回來的球面波也匯聚到焦點(diǎn)6，在干涉儀4中形成干涉條紋(光路為圖中空心箭頭的光線)，并調(diào)整至較小的離焦(可通過干涉儀4的軟件查看)，這樣就實(shí)現(xiàn)了該視場(chǎng)角的空間相機(jī)2的自準(zhǔn)檢測(cè)。去除離焦的誤差后，該視場(chǎng)角對(duì)應(yīng)的空間相機(jī)2的無窮遠(yuǎn)焦點(diǎn)與干涉儀4的出射光匯聚焦點(diǎn)6的坐標(biāo)位置是重合的；記錄離焦的系數(shù)；b、將激光跟蹤儀3放置在檢測(cè)光路附近(保證靶標(biāo)球5放置在焦點(diǎn)6時(shí)激光跟蹤儀3能夠進(jìn)行測(cè)量)；將靶標(biāo)球5放置在球座上并連接在具有三維平移的調(diào)整架上；將靶標(biāo)球5放置到焦點(diǎn)6附近，然后調(diào)整調(diào)整架使得靶標(biāo)球5的球面在干涉儀4中形成干涉條紋(光路為圖中實(shí)心箭頭的光線，此時(shí)相機(jī)自準(zhǔn)光路被遮擋)，繼續(xù)調(diào)整使得球面檢測(cè)結(jié)果的離焦較小，并記錄離焦系數(shù)；采用激光跟蹤儀3測(cè)量得到靶標(biāo)球5的球心坐標(biāo)(x1,y1,z1)；c、將靶標(biāo)球5移開，調(diào)整平面反射鏡1、干涉儀4的位置和角度，達(dá)到需求的空間相機(jī)2的視場(chǎng)角，保持激光跟蹤儀3和空間相機(jī)2的位置不變，重復(fù)上述步驟a和b，得到第二焦點(diǎn)7的空間坐標(biāo)(x2,y2,z2)；d、按照步驟c，繼續(xù)進(jìn)行其他視場(chǎng)的測(cè)試，得到空間相機(jī)2的n個(gè)焦點(diǎn)坐標(biāo)；e、測(cè)量完各視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)坐標(biāo)后，去除離焦的系數(shù)誤差(依據(jù)公式：d＝w·8(f/#)2，為w為離焦系數(shù)，a步驟中f/#為空間相機(jī)2的F/#，b步驟中的f/#為靶標(biāo)球5的R/#)，再利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到場(chǎng)曲曲率、曲面、平面度等參數(shù)，擬合和參數(shù)計(jì)算可借助激光跟蹤儀2的軟件完成；f、重復(fù)步驟a-e，進(jìn)行多次測(cè)量和精度分析。