專利名稱：可調(diào)對比度目標源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可調(diào)對比度目標源。
背景技術(shù)：
光電跟蹤測量設(shè)備用來實現(xiàn)對某一運動目標(如天空飛行的目標和地面行進的目標)進行自動跟蹤和位置測量。光電跟蹤測量設(shè)備能達到的跟蹤距離及跟蹤過程的穩(wěn)定 性等儀器性能與所跟蹤的目標對比度有關(guān)，當目標對比度很低時，光電跟蹤測量設(shè)備將無 法探測到目標的存在，或者可以探測到目標但捕獲的能力下降，從而影響跟蹤的穩(wěn)定性。因 此光電跟蹤測量設(shè)備對低對比目標的捕獲識別能力是設(shè)備總體的一項重要指標(以下簡 稱目標對比度指標)，它直接影響光電跟蹤測量設(shè)備的跟蹤性能和跟蹤距離。一般對光電跟 蹤測量設(shè)備電視系統(tǒng)的目標對比度指標要求為優(yōu)于3%。有文獻報道便攜式可調(diào)對比度目標源，用來檢驗光學鏡頭最小可分辨對比度，它 采用兩個重疊積分球，測試靶標(靶標為空間頻率板)放在兩個積分球中間，用一個照明光 源通過分光的方式為兩個積分球照明。由于兩個積分球的亮度及靶標對比度是通過調(diào)整供 電電源的電壓和衰減片改變，不僅照明亮度很低，而且在改變了兩個積分球的亮度及靶標 對比度的同時，改變了光源的色溫，使光源的光譜分布發(fā)生變化，對光譜輻亮度測量產(chǎn)生影 響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在不改變色溫條件下能夠連續(xù)調(diào)節(jié)背景與 目標的輻亮度的可調(diào)對比度目標源。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的可調(diào)對比度目標源包括背景積分球、目標積分 球、目標，準直物鏡；所述目標在目標積分球與背景積分球之間；目標和準直物鏡固定安裝 在背景積分球上，并且目標位于準直物鏡的焦面上；所述背景積分球上安裝至少一個內(nèi)置 光源和至少一個外置光源；目標積分球上安裝有至少一個外置光源；所述外置光源包括平 行光源和可調(diào)光闌；平行光源發(fā)出的光束經(jīng)可調(diào)光闌通光口徑入射到積分球內(nèi)。所述平行光源包括鹵素燈和拋物鏡；鹵素燈位于拋物鏡的焦點上。所述內(nèi)置光源包括安裝在背景積分球內(nèi)壁上的鹵素燈和遮光板；遮光板的安裝位 置應(yīng)使得鹵素燈發(fā)出的光線不能直接照射到積分球兩端準直物鏡和目標處，也不能直接照 射到探測器表面。所述內(nèi)置光源和外置光源中所用的鹵素燈都采用精密控制電源供電，以保證兩個 積分球的光譜輻亮度的穩(wěn)定性。打開背景積分球上的內(nèi)置光源和外置光源；調(diào)整外置光源的可調(diào)光闌的孔徑控 制進入背景積分球的光通量，使背景積分球的輻亮度值連續(xù)變化，直至背景積分球達到設(shè) 定的背景亮度隊。打開目標積分球上的外置光源，對目標進行照明；目標與背景的對比度<formula>formula see original document page 4</formula>物鏡，對目標成像，檢驗該光電跟蹤設(shè)備對目標的捕獲狀態(tài)，反復(fù)調(diào)整目標積分球上外置光 源的可調(diào)光闌通光口徑，連續(xù)改變目標與背景的對比度，直至該光電跟蹤設(shè)備能夠捕獲到 對比度最小時的目標；此時，目標與背景的對比度值即為該光電跟蹤設(shè)備對低對比度目標 捕獲識別能力的實際測試值。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)可調(diào)光闌的通光口徑控制進入背景積分球和目標積分球的光通 量，兩個積分球的輻亮度能夠連續(xù)變化，不產(chǎn)生階躍，從而得到任意對比度的目標，不僅照 明光源光通量能得到充分的利用，同時光源散熱及積分球輻亮度調(diào)整都容易實現(xiàn)。并且采 用可調(diào)光闌調(diào)節(jié)積分球輻亮度，光源的色溫不發(fā)生變化，對光譜輻亮度測量不會產(chǎn)生影響。 本發(fā)明為檢驗光電跟蹤設(shè)備對低對比度目標捕獲能力提供了光學可度量的精確基準。由于鹵素燈都是雙面的余弦輻射體，燈絲面向積分球的一側(cè)光束沒有經(jīng)過拋物鏡 聚光直接入射到積分球內(nèi)，可以通過控制拋物鏡與積分球的距離控制散射光進入積分球的 錐角，使光線不能直接入射到接收器上。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1為本發(fā)明的可調(diào)對比度目標源結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的可調(diào)對比度目標源包括背景積分球1、目標積分球2、目標3 和準直物鏡4。目標3和準直物鏡4固定安裝在背景積分球1上；背景積分球1上還安裝 有光譜輻亮度計14和10個內(nèi)置光源、4個外置光源；目標積分球2上安裝有光譜輻亮度計 24和1個外置光源。目標3在目標積分球2與背景積分球1之間，并位于準直物鏡4的焦 面上。背景積分球1上的外置光源由鹵素燈11、拋物鏡13和可調(diào)光闌12組成，鹵素燈11 發(fā)出的發(fā)散光束一部分直接通過可調(diào)光闌12通光口徑進入背景積分球1，一部分經(jīng)拋物鏡 13反射變?yōu)槠叫泄馐?，通過可調(diào)光闌12通光口徑進入背景積分球1。目標積分球2上的外 置光源由鹵素燈21、拋物鏡23和可調(diào)光闌22組成，鹵素燈21發(fā)出的發(fā)散光束一部分直接 通過可調(diào)光闌22通光口徑進入目標積分球2，一部分經(jīng)拋物鏡23反射變?yōu)槠叫泄馐ㄟ^ 可調(diào)光闌22通光口徑進入目標積分球2。所述內(nèi)置光源包括安裝在背景積分球內(nèi)壁上的鹵素燈15和遮光板16 ；遮光板16 的安裝位置應(yīng)使得鹵素燈15發(fā)出的光線不能直接照射到積分球兩端準直物鏡和目標處。所述鹵素燈11、15、21都采用精密控制電源供電。背景積分球采用十個內(nèi)置光源，四個外置光源，在使用過程中保持所有光源電流 電壓的穩(wěn)定性，打開背景積分球1上的內(nèi)置光源和外置光源；調(diào)整可調(diào)光闌12控制進入背 景積分球1的光通量，當光通量調(diào)整量相當于一個內(nèi)置光源的光通量時，關(guān)閉一個內(nèi)置光 源，再重新調(diào)整可調(diào)光闌12通光口徑，使背景積分球1的輻亮度能夠連續(xù)變化，不產(chǎn)生階 躍，直至光譜輻亮度計測量的輻亮度值達到設(shè)定的背景亮度Ntl，這樣背景積分球可以模擬 任意時刻天空背景的亮度。打開目標積分球2上的外置光源，對目標3進行照明；調(diào)節(jié)可調(diào)光闌22控制進入目標積分球的光通量，目標與背景的對比度<formula>formula see original document page 5</formula>其中N1為目
標積分球的亮度)。使被檢光電跟蹤設(shè)備光學系統(tǒng)對準準直物鏡，對目標成像， 檢驗該光電 跟蹤設(shè)備對目標的捕獲狀態(tài)，反復(fù)調(diào)整可調(diào)光闌22的通光口徑，連續(xù)改變目標與背景的對 比度，直至該光電跟蹤設(shè)備能夠捕獲到對比度最小時的目標；此時，目標與背景的對比度值 即為該光電跟蹤設(shè)備對低對比度目標捕獲識別能力的實際測試值。背景的亮度變化應(yīng)滿足清晨至黃昏白晝的變化范圍，最大亮度應(yīng)達到夏至這一天 太陽高度角70°時天空的亮度。目標對比度的變化范圍主要應(yīng)滿足低對比測試的需求， 0 20%目標對比度是最常用的范圍，目標亮度的變化范圍及能夠達到的最大亮度與背景 接近，目標應(yīng)為無窮遠目標，能夠滿足通光孔徑250mm以內(nèi)光學系統(tǒng)的測試。所述外置光源包括鹵素燈、可調(diào)光闌、拋物鏡及支撐機構(gòu)等；鹵素燈位于拋物鏡的 焦點上，鹵素燈發(fā)出的光線經(jīng)拋物鏡后成為平行光束，平行光束經(jīng)過可調(diào)光闌后進入積分 球內(nèi)為積分球照明，調(diào)整可調(diào)光闌的孔徑，可以控制進入積分球的平行光束的口徑，從而可 以控制積分球的亮度。支撐機構(gòu)將鹵素燈、可調(diào)光闌、拋物鏡等按次序固定在積分球上。背景積分球照明有兩種方式即采用內(nèi)置光源和外置光源照明。
目標積分球照明采用外置光源照明。采用外置光源照明的方式就要考慮如何利用光源的光通量。通過將鹵素燈置于拋 物鏡的焦點上，使光源發(fā)出的發(fā)散光束變?yōu)槠叫泄馐丈涞椒e分球內(nèi)壁上，通過調(diào)整可調(diào) 光闌通光口徑控制進入積分球的光通量，這樣照明光源光通量能得到充分的利用，同時光 源散熱及積分球輻亮度調(diào)整都容易實現(xiàn)。但這種外置光源與內(nèi)置光源相比較制造成本高， 要使積分球達到相同的光譜輻亮度就要增加照明光源的數(shù)量，同時也增加了控制電源的數(shù) 量。背景積分球采用十個內(nèi)置光源，四個外置光源，在使用過程中保持所有光源電流電壓的 穩(wěn)定性，調(diào)整可調(diào)光闌控制外置光源的光通量，當光通量調(diào)整量相當于一個內(nèi)置光源的光 通量時，關(guān)閉一個內(nèi)置光源，再重新調(diào)整可調(diào)光闌通光口徑，這樣可使積分球的輻亮度能夠 連續(xù)變化，不產(chǎn)生階躍，從而得到任意對比度的目標。對積分球而言，我們需要探測器平面和成像視場內(nèi)沒有直射的光線，因為按照積 分球原理，只有漫反射光線在積分球內(nèi)形成的亮度才是均勻的，探測器接收面上只有全部 是漫反射光線時所測得的亮度才能代表成像視場內(nèi)的亮度，任何一方有直射光線入射，都 將使測量的結(jié)果與實際值產(chǎn)生很大的偏離，從而為對比度測量帶來誤差。對外置光源，由于 鹵素燈都是雙面的余弦輻射體，燈絲面向積分球的一側(cè)光束沒有經(jīng)過拋物鏡聚光直接入射 到積分球內(nèi)，應(yīng)盡可能使這部分光最小，通過控制拋物鏡與積分球的距離控制散射光進入 積分球的錐角，使光線不能直接入射到接收器上。要保證兩個積分球的光譜輻亮度的穩(wěn)定性，首先就要求使用發(fā)光穩(wěn)定的光源，我 們選擇鹵素燈作為照明光源，采用精度0.3%。穩(wěn)流穩(wěn)壓電源為照明光源供電，實驗證明這種 措施能夠保證兩個積分球的光譜輻亮度的穩(wěn)定性達到1%。；其次要保證兩個光譜輻射亮度 計測量結(jié)果的一致性和重復(fù)性，選擇的光譜幅亮度計穩(wěn)定精度要優(yōu)于5%。，可滿足對比度
穩(wěn)定精度的測量要求。本發(fā)明不限于上述實施方式，目標積分球上的外置光源、背景積分球上的內(nèi)置光 源和外置光源的數(shù)量可以根據(jù)光源功率和積分球所需光譜輻亮度的要求而選定。
權(quán)利要求
一種可調(diào)對比度目標源，包括背景積分球(1)、目標積分球(2)、目標(3)，所述目標(3)在目標積分球(2)與背景積分球(1)之間；其特征在于還包括準直物鏡(4)；目標(3)和準直物鏡(4)固定安裝在背景積分球(1)上，并且目標(3)位于準直物鏡(4)的焦面上；所述背景積分球(1)上安裝至少一個內(nèi)置光源和至少一個外置光源；目標積分球(2)上安裝有至少一個外置光源；所述外置光源包括平行光源和可調(diào)光闌；平行光源發(fā)出的光束經(jīng)可調(diào)光闌通光口徑入射到積分球內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)對比度目標源，其特征在于所述平行光源包括鹵素燈和 拋物鏡；鹵素燈位于拋物鏡的焦點上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)對比度目標源，其特征在于所述內(nèi)置光源和外置光源中 所用的鹵素燈都采用精密控制電源供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)對比度目標源，該目標源的目標在目標積分球與背景積分球之間；目標和準直物鏡固定安裝在背景積分球上，并且目標位于準直物鏡的焦面上；背景積分球上安裝至少一個內(nèi)置光源和至少一個外置光源；目標積分球上安裝有至少一個外置光源；外置光源包括平行光源和可調(diào)光闌；平行光源發(fā)出的光束經(jīng)可調(diào)光闌通光口徑入射到積分球內(nèi)。本發(fā)明兩個積分球的輻亮度能夠連續(xù)變化，不產(chǎn)生階躍，從而得到任意對比度的目標，不僅照明光源光通量能得到充分的利用，同時光源散熱及積分球輻亮度調(diào)整都容易實現(xiàn)。本發(fā)明為檢驗光電跟蹤設(shè)備對低對比度目標捕獲能力提供了光學可度量的精確基準。
文檔編號G01B11/00GK101813455SQ20101014481
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者葉露 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所