專利名稱：光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的瞄準線穩(wěn)定精度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學測量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及瞄準線的穩(wěn)定精度測量方法，尤其涉及一種運動載體光電系統(tǒng)的貓準線穩(wěn)定精度測量方法。
背景技術(shù)：
光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于高新武器裝備系統(tǒng)中，是實現(xiàn)高新武器裝備精確打擊的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)代機載、車載、艦載光電武器裝備均對光電穩(wěn)貓系統(tǒng)中貓準線的穩(wěn)定精度提出很高的要求。在實戰(zhàn)環(huán)境中，光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)將不可避免的受到外界環(huán)境各種頻率振動的干擾，此時瞄準線的穩(wěn)定性是決定光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)整體性能的重要評價指標。因此，軍方、研制單位、檢測部門都迫切要求和需要解決不同振動頻率條件下光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)瞄準線穩(wěn)定精度的高精度測量問題。段志姣等人于2008年6月在《光學與光電技術(shù)》第6卷第3期中發(fā)表了題為“機 載光電系統(tǒng)穩(wěn)定精度測試方法研究”的論文，文中提出一種光電系統(tǒng)瞄準線穩(wěn)定精度測量方法，該方法的測量原理是，激光器發(fā)出的激光經(jīng)聚焦準直后透過半透半反鏡垂直入射至安裝在被測光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)上的反射鏡，其反射光被半透半反鏡反射90°后再通過濾光片入射至PSD探測器的光敏面上，由探測器對反射光信號進行檢測。被測光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)在角振動系統(tǒng)帶動下振動，平面反射鏡的空間方位角度的變化就反映了被測光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的角位移變化。PSD探測器對光斑位置的變化量進行檢測，由此實現(xiàn)機載光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)穩(wěn)定精度的實時測量。由于直接采用激光器的輸出光束作為測量光束，而且激光束的功率穩(wěn)定性只能達到百分之幾，出射激光束的功率波動將導(dǎo)致探測器靶面處光斑整體強度的波動，進而影響測量過程中光斑質(zhì)心定位的精度，另一方面，激光束雖然是平滑變化的近似高斯分布光束，但仍客觀存在一些隨時間變化的空間噪聲及雜散光，影響光斑形態(tài)的穩(wěn)定性，同樣對光斑的定位造成較強干擾。光斑定位精度的下降將使被測光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)穩(wěn)定性測量的不確定度加大，影響最終測量的精度。此外，該方法使用衰減率固定的濾光片進行光強調(diào)整，無法對探測器靶面處光強進行靈活調(diào)整以有效適應(yīng)其動態(tài)范圍，同時所采用的PSD探測器自身也存在著測量精度較低，輸出信號與偏離量存在非線性關(guān)系等問題，這些問題都會影響到測量結(jié)果的精度和可靠性。孫輝等人于2011年9月在《光學精密工程》第19卷第9期中發(fā)表了“動載體光電平臺視軸穩(wěn)定精度的檢測” 一文，文中提出了一種光電平臺視軸穩(wěn)定精度檢測方法，該方法的測量原理是，光源發(fā)出的光線通過星點孔后經(jīng)半透半反鏡反射，再由正負透鏡組準直成平行光，出射到達安裝在光電系統(tǒng)照準架上的平面反射鏡，平行光經(jīng)平面反射鏡反射后，再經(jīng)正負透鏡組成像，成像光束經(jīng)半透半反鏡后會聚到高速數(shù)字相機傳感器靶面，傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號，生成星點光斑圖像，工作站采集圖像，通過相位相關(guān)配準方法分析光斑圖像位置，計算視軸偏移角度，從而完成動載體光電平臺視軸穩(wěn)定精度的檢測。該方法中，數(shù)字相機傳感器的采集對象為具有一定光譜分布(非單色)的星點孔像，因此為了獲得較高像質(zhì)，采用了正組透鏡與負組透鏡相分離形式，并選擇特殊色散的正組透鏡材料校正二級光譜，因此這種方法成本較高。另外，該方法中采用的相位相關(guān)配準方法的計算復(fù)雜度較高，需要較好的工作站性能，同時該配準方法需要參與相關(guān)運算的多幅圖像中的星點孔像之間差異不宜過大，否則將造成誤差，但光源的非均勻性、測量光束功率波動、探測器噪聲、環(huán)境變化等問題均會導(dǎo)致該條件難以在實際測量中得到保證，影響測量結(jié)果的精度和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)·的不足，為光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)提供一種瞄準線穩(wěn)定精度測量方法。本發(fā)明提供的穩(wěn)定精度測量方法包括以下步驟第一步，將被測光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)固定在振動模擬臺上，開啟振動模擬臺，將模擬臺的振動模式設(shè)置為定頻模式，工作狀態(tài)為振動停止狀態(tài)；第二步，搭建測量裝置，將平面反射鏡粘貼于被測量光電系統(tǒng)穩(wěn)像穩(wěn)瞄裝置的內(nèi)環(huán)框架，激光光源與振動模擬臺相隔一定距離放置，調(diào)整激光光源位置，使激光出射方向正對平面反射鏡，在激光光源與被測光電穩(wěn)貓系統(tǒng)之間依次放置激光強度穩(wěn)定器、空間濾波器、半透半反分束鏡、準直物鏡，其中，空間濾波器的光束輸出端面位于準直物鏡的物方焦面上；沿半透半反分束鏡反射方向依次放置衰減器和CMOS攝像機，并使CMOS攝像機探測器靶面與空間濾波器的光束輸出端面相對于準直物鏡成共軛關(guān)系；將CMOS攝像機與圖像記錄與處理系統(tǒng)相連；測試前，首先調(diào)整衰減器至其最大衰減量，開啟激光光源和激光強度穩(wěn)定器，激光光源的出射光束依次經(jīng)過激光強度穩(wěn)定器和空間濾波器后成為穩(wěn)功率整形光束，該光束經(jīng)半透半反分束鏡透射后，由準直物鏡準直成為平行光，平行光經(jīng)平面反射鏡反射后，再次通過準直物鏡成為會聚光，會聚光經(jīng)半透半反分束鏡反射90°再經(jīng)衰減器衰減后，最終聚焦于CMOS攝像機的探測器靶面處；待激光強度穩(wěn)定器出射光束的功率穩(wěn)定度達到該穩(wěn)定器的穩(wěn)定指標時，開啟圖像記錄與處理系統(tǒng)并進行初始化設(shè)置，初始化設(shè)置內(nèi)容包括圖像采集時間T和CMOS攝像機的幀頻F ;初始化之后，開啟被測量光電系統(tǒng)并使其處于運行狀態(tài)；第三步，手動調(diào)節(jié)衰減器，與此同時，操作人員通過圖像記錄與處理系統(tǒng)向CMOS攝像機發(fā)送采集指令；CM0S攝像機接收到采集指令后以幀頻F向圖像記錄與處理系統(tǒng)發(fā)送光斑圖像數(shù)據(jù)，圖像記錄與處理系統(tǒng)計算當前光斑圖像數(shù)據(jù)的圖像最大灰度值與CMOS攝像機探測器飽和灰度值的百分比值？_^并將該值實時顯示在其屏幕上，當操作人員看到屏幕上顯示的百分比值P_—t達到規(guī)定值時，停止調(diào)節(jié)衰減器并通過圖像記錄與處理系統(tǒng)向CMOS攝像機發(fā)送停止采集指令；第四步，設(shè)置振動模擬臺振動頻率為《，切換其工作狀態(tài)為振動狀態(tài)，操作人員通過圖像記錄與處理系統(tǒng)向CMOS攝像機發(fā)送采集指令，CMOS攝像機接收到采集指令后以幀頻F向圖像記錄與處理系統(tǒng)發(fā)送圖像數(shù)據(jù)，圖像記錄與處理系統(tǒng)將接收到的各幀圖像數(shù)據(jù)記錄于存儲器，當圖像記錄與處理系統(tǒng)中計時器的計時到達T時向CMOS攝像機發(fā)送停止采集指令；操作人員將振動模擬臺的工作狀態(tài)切換為振動停止狀態(tài)；第五步，當圖像記錄與處理系統(tǒng)接收到操作人員的計算指令后，調(diào)用存儲器中的圖像序列，并按照以下算法獲得每幀圖像的光斑質(zhì)心位置坐標
5. I采用二值化閾值Tbw對圖像序列中的一幀圖像進行二值圖像處理，得到該幀的
二值化圖像Ibw ;5. 2利用以下公式計算二值化圖像Ibw中強度值為I的所有像素點的坐標的平均iM.xw， jw
權(quán)利要求
1.一種光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的瞄準線穩(wěn)定精度測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 第一歩，將被測光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)固定在振動模擬臺上，開啟振動模擬臺，將模擬臺的振動模式設(shè)置為定頻模式，工作狀態(tài)為振動停止狀態(tài)； 第二歩，搭建測量裝置，將平面反射鏡(1-6)粘貼于被測量光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)框架，激光光源(1-1)與振動模擬臺相隔一定距離放置，調(diào)整激光光源(1-1)位置，使激光出射方向正對平面反射鏡(1-6)，在激光光源(1-1)與被測光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)之間依次放置激光強度穩(wěn)定器(1-2)、空間濾波器(1-3)、半透半反分束鏡(1-4)、準直物鏡(1-5)，其中，空間濾波器(1-3)的光束輸出端面位于準直物鏡(1-5)的物方焦面上；沿半透半反分束鏡(1-4)反射方向依次放置衰減器(1-7)和CMOS攝像機(2)，并使CMOS攝像機(2)探測器靶面與空間濾波器(1-3)的光束輸出端面相對于準直物鏡(1-5)成共軛關(guān)系JfCMOS攝像機(2)與圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)相連；測試前，首先調(diào)整衰減器(1-7)至其最大衰減量，開啟激光光源(1-1)和激光強度穩(wěn)定器(1-2)，激光光源(1-1)的出射光束依次經(jīng)過激光強度穩(wěn)定器(1-2)和空間濾波器(1-3)后成為穩(wěn)功率整形光束，該光束經(jīng)半透半反分束鏡(1-4)透射后，由準直物鏡(1-5)準直成為平行光，平行光經(jīng)平面反射鏡(1-6)反射后，再次通過準直物鏡(1-5)成為會聚光，會聚光經(jīng)半透半反分束鏡(1-4)反射90°再經(jīng)衰減器(1-7)衰減后，最終聚焦于CMOS攝像機(2)的探測器靶面處；待激光強度穩(wěn)定器(1-2)出射光束的功率穩(wěn)定度達到該穩(wěn)定器的穩(wěn)定指標時，開啟圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)并進行初始化設(shè)置，初始化設(shè)置內(nèi)容包括圖像采集時間T和CMOS攝像機(2)的幀頻F ;初始化之后，開啟被測量光電系統(tǒng)穩(wěn)像穩(wěn)瞄裝置并使其處于運行狀態(tài)； 第三步，手動調(diào)節(jié)衰減器(1-7)，與此同時，操作人員通過圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)向CMOS攝像機(2)發(fā)送采集指令；CM0S攝像機(2)接收到采集指令后以幀頻F向圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)發(fā)送光斑圖像數(shù)據(jù)，圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)計算當前光斑圖像數(shù)據(jù)的圖像最大灰度值與探測器飽和灰度值的百分比值 _^并將該值實時顯示在其屏幕上，當操作人員看到屏幕上顯示的百分比值P_—t達到規(guī)定值時，停止調(diào)節(jié)衰減器(1-7)并通過圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)向CMOS攝像機(2)發(fā)送停止采集指令； 第四步，設(shè)置振動模擬臺振動頻率為《，切換其工作狀態(tài)為振動狀態(tài)，操作人員通過圖像記錄與處理系統(tǒng)⑶向CMOS攝像機⑵發(fā)送采集指令，CMOS攝像機⑵接收到采集指令后以幀頻F向圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)發(fā)送圖像數(shù)據(jù)，圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)將接收到的各幀圖像數(shù)據(jù)記錄于存儲器，當圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)中計時器的計時到達T時向CMOS攝像機(2)發(fā)送停止采集指令；操作人員將振動模擬臺的工作狀態(tài)切換為振動停止狀態(tài)； 第五步，當圖像記錄與處理系統(tǒng)(3)接收到操作人員的計算指令后，調(diào)用存儲器中的圖像序列，并按照以下算法獲得每幀圖像的光斑質(zhì)心位置坐標 ·5.I采用ニ值化閾值Tbw對圖像序列中的ー幀圖像進行ニ值圖像處理，得到該幀的ニ值化圖像Ibw ; ·5.2利用以下公式計算ニ值化圖像Ibw中強度值為I的所有像素點的坐標的平均值■Xw， *
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的瞄準線穩(wěn)定精度測量方法，其特征在于，所述的圖像最大灰度值與探測器飽和灰度值的百分比值Pmax—t為85% 95%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的瞄準線穩(wěn)定精度測量方法，其特征在干，所述的激光強度穩(wěn)定器在0. 40 ii m 0. 740 u m波長范圍內(nèi)的出射光功率長時間穩(wěn)定度<0. 03% rms ;所述衰減器的光強衰減量連續(xù)可變，其在0. 38 y m 0. 75 y m波長范圍內(nèi)的衰減量范圍AR > 30dB。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的瞄準線穩(wěn)定精度測量方法，屬于光學測量技術(shù)領(lǐng)域。其特點是，將平面反射鏡固定于被測光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)框架并使被測光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)處于振動狀態(tài)下，測量激光束經(jīng)強度穩(wěn)定、空間濾波和準直后照射到平面反射鏡上，CMOS攝像機將成像于靶面上的反射光束的光斑圖像序列傳輸至圖像記錄與處理系統(tǒng)，圖像記錄與處理系統(tǒng)對光斑圖像序列進行一系列處理后，獲得光斑質(zhì)心坐標序列、穩(wěn)定精度值序列及穩(wěn)定精度值序列標準偏差，由此完成了穩(wěn)定精度的測量。本發(fā)明解決了光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)瞄準線穩(wěn)定精度的高精度測量問題，可推廣至炮控系統(tǒng)測試等其它穩(wěn)定精度測量領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號G01M11/02GK102735431SQ201210208448
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者呂春莉, 岳文龍, 楊冶平, 楊斌, 楊鴻儒, 汪建剛, 王樂, 薛戰(zhàn)理, 袁良, 謝毅, 閆曉宇, 韓占鎖, 黎高平 申請人:中國兵器工業(yè)第二0五研究所