本發(fā)明涉及精密光學(xué)成像領(lǐng)域，具體為一種光學(xué)成像相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)，尤其是涉及大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，越來越多的相機(jī)被應(yīng)用于軍事和民用的各個(gè)領(lǐng)域；而且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求的提升，對(duì)相機(jī)成像質(zhì)量的要求也越來越高，因此對(duì)校正相機(jī)成像畸變的靶標(biāo)應(yīng)用也日益廣泛。高精度光學(xué)靶標(biāo)是光學(xué)測(cè)量、光學(xué)成像、視覺測(cè)量和機(jī)器人視覺等技術(shù)領(lǐng)域中必不可少的標(biāo)校儀器，是依據(jù)對(duì)光學(xué)靶標(biāo)上已知幾何量的成像檢測(cè)來標(biāo)定相機(jī)的固有參數(shù)或成像畸變。對(duì)于小視場(chǎng)或近距離攝景的相機(jī)，采用固定式小尺寸精密靶面能夠得到有效的校正；然而，對(duì)于較大視場(chǎng)相機(jī)的標(biāo)校，由于其視場(chǎng)覆蓋的面積較大，很難采用固定式小尺寸靶面的靶標(biāo)進(jìn)行有效的標(biāo)定，所以這一課題成為這些年研究的熱點(diǎn)。

目前應(yīng)用于大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的靶標(biāo)系統(tǒng)有基于框架結(jié)構(gòu)多小靶拼接的大靶面系統(tǒng)和基于機(jī)械臂的單點(diǎn)光源靶標(biāo)系統(tǒng)?；诳蚣芙Y(jié)構(gòu)多小靶拼接的大靶面系統(tǒng)，是將多個(gè)小尺寸靶面安裝在較大的框架結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)拼接，并最終形成較大的靶面；為提高大靶面的精度，對(duì)框架結(jié)構(gòu)以及各小尺寸靶面的側(cè)邊有較高的精度要求，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量較重，后期小靶面拼接安裝工藝復(fù)雜，且最終系統(tǒng)由于重力和溫度影響的變形較大；另外，為實(shí)現(xiàn)紅外波段相機(jī)的標(biāo)校，需要給靶面加熱提供熱源，因此整個(gè)靶面所需的供電系統(tǒng)較為復(fù)雜，需要較高的供電功率?；跈C(jī)械臂的單點(diǎn)光源靶標(biāo)系統(tǒng)，是通過機(jī)械臂調(diào)整單點(diǎn)光源的位置，同時(shí)利用被測(cè)相機(jī)拍攝每一位置的點(diǎn)光源，最終合成面陣列光源的方法來校正相機(jī)；對(duì)于大視場(chǎng)相機(jī)的校正需要拍攝視場(chǎng)內(nèi)所有的等間隔點(diǎn)，因此過程比較繁瑣；另外，由于臂展較長(zhǎng)的機(jī)械臂精度較差，因此該方法較適合于較小視場(chǎng)或近景拍攝相機(jī)的視場(chǎng)校正。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)傳統(tǒng)標(biāo)校方法精度及效率較低和功耗大的問題，提供一種大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)及方法，依托于龍門框架多軸高精密數(shù)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)用小靶精確標(biāo)定被測(cè)相機(jī)的不同視場(chǎng)，不僅有效的提高了標(biāo)定的精度和效率，而且降低了系統(tǒng)功耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于：包括帶有龍門框架的基座、三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、被測(cè)相機(jī)支撐機(jī)構(gòu)、靶標(biāo)系統(tǒng)；

所述三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括相互垂直的x軸、y軸、z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定安裝在龍門框架橫梁側(cè)面，x軸與基座臺(tái)面平行，x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)托板能夠沿x軸橫向移動(dòng)；z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定安裝在x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)托板上，z軸與基座臺(tái)面垂直，z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)托板能夠沿z軸縱向移動(dòng)；y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定安裝在基座臺(tái)面上，y軸與xz平面垂直，y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)托板能夠沿y軸移動(dòng)；

所述被測(cè)相機(jī)支撐機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)臺(tái)和俯仰臺(tái)；轉(zhuǎn)臺(tái)底座固定安裝在y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)托板上，俯仰臺(tái)底座固定安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面上，被測(cè)相機(jī)安裝在俯仰臺(tái)臺(tái)面上；

所述靶標(biāo)系統(tǒng)包括靶標(biāo)和靶面，靶標(biāo)背部固定安裝在z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)托板上，靶面通過定位孔安裝在靶標(biāo)正面，并用導(dǎo)熱硅脂填充靶面與靶標(biāo)接觸面之間的間隙；靶面平行于xz平面。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于：所述靶標(biāo)由導(dǎo)熱層、隔熱層和加熱層組成；隔熱層背面帶有用于固定在z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)托板上的凸臺(tái)，正面有邊框；在隔熱層的邊框上設(shè)置有靶標(biāo)定位孔；導(dǎo)熱層安裝在隔熱層正面邊框內(nèi)，在導(dǎo)熱層與隔熱層正面底面之間有加熱層，導(dǎo)熱層壓附于加熱層表面，形成無間隙貼附。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于：所述靶面由紅外隱身涂層、紅外輻射涂層和靶面基板組成；靶面基板上開有靶面定位孔，用于與靶標(biāo)上的定位孔配合；紅外隱身涂層和紅外輻射涂層按照設(shè)計(jì)的形狀要求印刷在靶面基板。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于：所述靶面由黑色亞反光涂層、亮色熱致發(fā)光涂層和靶面基板組成；靶面基板上開有靶面定位孔，用于與靶標(biāo)上的定位孔配合；黑色亞反光涂層和亮色熱致發(fā)光涂層按照設(shè)計(jì)的形狀要求印刷在靶面基板。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于：x軸、y軸、z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于：所述龍門框架底座以及基座進(jìn)行了隔震處理。

利用上述精密靶標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)標(biāo)校被測(cè)相機(jī)的需求，選擇紅外或可見光的靶面，并通過定位孔安裝于靶標(biāo)正面；

步驟2：給靶標(biāo)系統(tǒng)、三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及被測(cè)相機(jī)通電，通過調(diào)節(jié)三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及被測(cè)相機(jī)支撐機(jī)構(gòu)，使相機(jī)的光軸垂直于靶面；

步驟3：通過y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)被測(cè)相機(jī)沿y軸運(yùn)動(dòng)，使被測(cè)相機(jī)和靶面的y向距離滿足要求；鎖定俯仰臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)和y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

步驟4：控制x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，移動(dòng)靶面到需求的位置，待測(cè)相機(jī)對(duì)靶面清晰成像并拍攝；

步驟5：重復(fù)步驟4，待測(cè)相機(jī)完成對(duì)所有設(shè)定位置處靶面的清晰成像并拍攝；根據(jù)每個(gè)拍攝圖像對(duì)應(yīng)的x軸和z軸位置進(jìn)行圖像拼接，得到一幅完整的拍攝圖像；

步驟6：根據(jù)完整的拍攝圖像，以及x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)相機(jī)的全視場(chǎng)校正。

有益效果

本發(fā)明目的是為了解決大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)傳統(tǒng)標(biāo)校方法精度、效率較低以及高功耗的問題。該裝置使用較小尺寸的靶標(biāo)；相比大面陣靶標(biāo)有效的提高了靶標(biāo)的加工精度和使用精度，降低了加熱靶標(biāo)所需的能量；相比單點(diǎn)光源靶標(biāo)，提高了標(biāo)定的效率。通過采用高精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，有效的提高了標(biāo)定過程中靶面運(yùn)動(dòng)的位置精度，且提高了標(biāo)校的效率。通過使用多種形式的靶面，提高了系統(tǒng)標(biāo)定的范疇。結(jié)構(gòu)直觀、明確，降低標(biāo)校過程的難度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)的三維圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的靶標(biāo)；

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的靶面；

其中：1-帶龍門框架的基座，2-x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，3-y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，4-z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，5-靶標(biāo)，6-轉(zhuǎn)臺(tái)，7-俯仰臺(tái)，8-被測(cè)相機(jī)，9-靶面，10-導(dǎo)熱層，11-隔熱層，12-靶標(biāo)定位孔，13-加熱層，14-第一涂層，15-第二涂層，16-靶面基板，17-靶面定位孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本實(shí)施例中大視場(chǎng)相機(jī)近場(chǎng)標(biāo)校的精密靶標(biāo)系統(tǒng)的三維圖，包括龍門框架1、x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3、z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4、靶標(biāo)5、轉(zhuǎn)臺(tái)6、俯仰臺(tái)7、被測(cè)相機(jī)8、靶面9。

其中，系統(tǒng)采用龍門框架1作為主體支撐，龍門框架1的底座采用隔震處理；x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3和z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4采用高精密直線運(yùn)動(dòng)絲杠軸，且兩兩相互垂直。靶面9安裝在靶標(biāo)5的正面，且之間的間隙填充導(dǎo)熱硅脂以實(shí)現(xiàn)對(duì)靶面9的均勻加熱。靶標(biāo)5的背面安裝在z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的運(yùn)動(dòng)托板上，實(shí)現(xiàn)豎向運(yùn)動(dòng)；z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4安裝在x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的運(yùn)動(dòng)托板上，在x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4整體的水平橫動(dòng)；x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2沿水平橫向固定在龍門框架1橫梁的前側(cè)面；y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3沿水平縱向固定在帶龍門框架的基座1的底座臺(tái)面上；轉(zhuǎn)臺(tái)6的底座安裝在y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3的運(yùn)動(dòng)托板上，轉(zhuǎn)臺(tái)6的臺(tái)面上固定有俯仰臺(tái)7；被測(cè)相機(jī)8安裝在俯仰臺(tái)7的臺(tái)面上。

圖2為本實(shí)施例的靶標(biāo)5。該靶標(biāo)5由導(dǎo)熱層10、隔熱層11和加熱層13組成。圖2(a)為靶面5的正視圖，加熱層13鑲嵌在隔熱層11內(nèi)，在隔熱層11的邊框上設(shè)置兩靶標(biāo)定位孔12，分別與靶面9的靶面定位孔17相對(duì)應(yīng)。圖2(b)為靶面5沿圖2(a)中心線的中心剖面圖，導(dǎo)熱層10安裝在隔熱層11內(nèi)，并壓附于加熱層13表面，形成無間隙貼附；隔熱層11的背部凸臺(tái)固定在z軸4的運(yùn)動(dòng)托板上。

圖3為本實(shí)施例的靶面9。該靶面9由第一涂層14、第二涂層15和靶面基板16組成。圖3(a)為靶面9正視圖，圖3(b)為靶面9的側(cè)視圖。第一涂層14和第二涂層15間隔排列并精密印刷于靶面9的靶面基板16上，靶面基板16上開有靶面定位孔17，靶面定位孔17與靶標(biāo)定位孔12相對(duì)應(yīng)。根據(jù)待測(cè)相機(jī)8的需求，采用兩種形式的靶面9：第一種形式，用于紅外光波段相機(jī)的標(biāo)校，第一涂層14采用紅外隱身材料來抑制紅外線的發(fā)射，第二涂層15采用紅外輻射涂層保證其所覆蓋區(qū)域具有較高的紅外發(fā)射率；第二種形式，用于可見光波段相機(jī)的標(biāo)校，第一涂層14采用黑色亞光材料來降低亮度，第二涂層15采用亮色熱致發(fā)光涂層來提高其亮度。

測(cè)量標(biāo)校時(shí)，將被測(cè)相機(jī)8安裝于俯仰臺(tái)7的臺(tái)面上；根據(jù)被測(cè)相機(jī)8選擇適合的靶面9，在靶面9的背面均勻涂抹少量導(dǎo)熱硅脂，根據(jù)靶面定位孔17和靶標(biāo)定位孔12將靶面9緊密安裝于靶標(biāo)5正面；靶標(biāo)5、x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和被測(cè)相機(jī)8通電；調(diào)整x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)臺(tái)和俯仰臺(tái)，使被測(cè)相機(jī)8光軸垂直于靶面9，此時(shí)系統(tǒng)為零位位置。通過y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)被測(cè)相機(jī)沿y軸運(yùn)動(dòng)，使被測(cè)相機(jī)和靶面的y向距離滿足要求；鎖定俯仰臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；控制x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，移動(dòng)靶面到需求的位置，待測(cè)相機(jī)對(duì)靶面清晰成像并拍攝；沿x軸和z軸移動(dòng)靶面至下一設(shè)定位置，待測(cè)相機(jī)再次對(duì)靶面清晰成像并拍攝；重復(fù)上述過程，待測(cè)相機(jī)完成對(duì)所有設(shè)定位置處靶面的清晰成像并拍攝；根據(jù)每個(gè)拍攝圖像對(duì)應(yīng)的x軸和z軸位置進(jìn)行圖像拼接，得到一幅完整的拍攝圖像，根據(jù)完整圖像、x軸、y軸和z軸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)相機(jī)的全視場(chǎng)校正。