大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410427349.3

申请日:

2014.08.26

公开号:

CN104215261A

公开日:

2014.12.17

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01C 25/00申请日:20140826|||公开

IPC分类号:

G01C25/00

主分类号:

G01C25/00

申请人:

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

发明人:

何煦; 张晓辉; 吴国栋; 曹智睿

地址:

130033 吉林省长春市东南湖大路3888号

优先权:

专利代理机构:

长春菁华专利商标代理事务所 22210

代理人:

田春梅

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内容摘要

大视场反射式自由曲面空间相机的畸变标定方法属于光学检测与光学测量技术领域,该方法利用三台经纬仪建立测量坐标系,通过基准转换标定出光学系统全视场内各计量标记点的方位角、俯仰角,再通过数据拟合方法实现视场角为76度的反射式自由曲面光学系统在分散装调状态下二维畸变分布的标定。本发明实现了复杂光学系统散摆条件下的保精度畸变测量,降低了研制成本,缩短了研制周期;经试验结果验证上述测量及数据解算方法的精度与准确性均满足研制需求。

权利要求书

1.  大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤一:调整网格分划板(4)的位置,使其位于待测光学系统(7)的焦平面内,且网格分划板(4)的法线方向与待测光学系统(7)的光轴平行,网格分划板(4)的网格线绝对水平;
步骤二:将测量经纬仪(1)调平,并校准其光学内调焦系统至无穷远的位置固定不变;
步骤三:调整第一基准经纬仪(3)和第二基准经纬仪(6)的位置,使测量经纬仪(1)在可以照准待测光学系统(7)全部视场的前提下,仍然能够分别与第一基准经纬仪(3)、第二基准经纬仪(6)实现互瞄;将第一基准经纬仪(3)和第二基准经纬仪(6)调平,分别校准无穷远位置,并在任意方向对两个基准经纬仪的方位角清零;然后根据测量方向选取第一基准经纬仪(3)或第二基准经纬仪(6)与测量经纬仪(1)互瞄对方的自准直十字丝,并记录各基准经纬仪对应的方位角和俯仰角;
步骤四:使用测量经纬仪(1)照准网格分划板(4)上的各条网格线的一系列交汇点(8),并记录测量经纬仪(1)对应的方位角、俯仰角;
步骤五:将测量经纬仪(1)沿待测光学系统(7)的线视场方向平移,每次平移后重新调平测量经纬仪(1);平移到每个位置后,使用测量经纬仪(1)依照步骤三中的方法再次与第一基准经纬仪(3)或第二基准经纬仪(6)进行互瞄,可以得到转换坐标系的方位角ω′和俯仰角θ′:
γ=180-[(φ12)+β]
ω′=180-(α+γ)   (1)
θ′=η12   (2)
其中,α为在测量位置N进行第N次互瞄时,测量经纬仪(1)相对于网格分划板(4)上最后一个网格线交汇点(8)与测量位置N之间的方位夹角;Φ1为第二基准经纬仪(6)相对于清零方向旋转的方位角;β为测量经纬仪(1)移至测量位置N+1并重新调平后,测量经纬仪(1)对测量位置N最后一个网格 线交汇点(8)的方位角与再次互瞄后的方位角的夹角;Φ2为第二基准经纬仪(6)与测量经纬仪(1)位于测量位置N+1再次互瞄后相对于清零方向旋转的方位角;以及,η1为测量经纬仪(1)在测量位置N对网格分划板(4)上最后一个网格线交汇点(8)的俯仰角;η2为测量经纬仪(1)在测量位置N+1照准测量位置N最后一个网格线交汇点(8)的俯仰角;
步骤六:根据步骤五的测量原理,将测量经纬仪(1)沿待测光学系统(7)的线视场方向移动,顺次照准网格分划板(4)上各条网格线的一系列交汇点(8),并记录测量经纬仪(1)对应的方位角和俯仰角;在每次移动测量经纬仪(1)后,依照步骤五中的方法与第一基准经纬仪(3)或第二基准经纬仪(6)建立位置转换基准,得到转换坐标系的俯仰角和方位角;
步骤七:根据步骤六得到的测量数据,依据内方位元素计算公式,得到待测光学系统(7)的主点坐标(x0,y0)和主距(fx,fy),过程如下:
步骤7.1、通过计量得到网格分划板(4)上各条网格线交汇点(8)对应的坐标为:其中(xi,yk)表示第i行网格线与第k列网格线交汇点的坐标的理论值;
步骤7.2、采用步骤六中的标定方法,并结合步骤五中的各转换坐标系,可测试并计算得到各网格线交汇点(8)对应出射光束的方位角和俯仰角为:其中(ωikik)表示对应第i行与第k列网格线交汇点出射光束的方位角、俯仰角;
步骤7.3、将上述得到的方位角和俯仰角对应代入光学设计软件中,根据待测光学系统(7)的光学设计结果计算得到对应|(ωikik)|的一组网格线交汇点坐标计算值|(xi′,yk′)|,即对应出射光束视场角的待测光学系统像面坐标的计算值,根据此 计算值可以拟合出其对应的坐标原点(xi0′,yk0′);
步骤7.4、根据网格线交汇点理论坐标矩阵|(xi,yk)|计算得到相应的坐标原点(xi0,yk0),计算实际坐标原点(xi0′,yk0′)与理论坐标原点(xi0,yk0)的差值即得到主点坐标(x0,y0),进而在光学设计软件中计算得到相应的主距(fx,fy);
步骤八:将步骤七计算得到的主点和主距,代入根据装调后光学系统实际光路关系建立的光学仿真模型中,仿真计算出光学系统上各条网格线交汇点对应的出射光线的方位角、俯仰角;再解算上述仿真数据与测量数据及畸变系数建立的超定方程组,可得到多项式拟合的系数;将得到的系数代入畸变拟合计算公式中,计算待测光学系统(7)焦平面内任意坐标位置的畸变值,过程如下:
步骤8.1、待测光学系统(7)像面内任一点畸变的数学模型为:
Dx=(x-x0)(k1×r2+k2×r4+k3×r6+p1[r2+2(x-x0)2]+2p2(x-x0)(y-y0)Dy=(y-y0)(k1×r2+k2×r4+k3×r6+2p1(x-x0)(y-y0)+p2[r2+2(y-y0)2]---(3)]]>
式中,k1、k2、k3及p1、p2为待估算的畸变系数,x、y为像面内任一点坐标,x0、y0为主点坐标;
步骤8.2、根据步骤7.1得到的网格线交汇点的有限个坐标(xi,yk)以及步骤7.4得到的主点坐标(x0,y0)和主距(fx,fy),计算得到对应的有限个网格线交汇点的畸变值:
Diy=yi+y0-fy·tg(θik+y0fy),Dix=xi+x0-fx·tg(ωik+x0fx)---(4)]]>
步骤8.3、联立上述公式(3)和公式(4)建立超定方程组为:
Dx=Dix,Dy=Diy
求解上述超定方程组,计算得到畸变系数k1、k2、k3及p1和p2,再代入公式(3)可计算出像面内任一点的畸变值。

2.
  如权利要求1所述的大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法,其特征在于,所述步骤一包括如下步骤:
步骤1.1、在测量经纬仪(1)的位置放置配有平面标准镜的光学干涉仪,使干涉仪、待测光学系统(7)、网格分划板(4)构成准直干涉光路;
步骤1.2、分别在待测光学系统(7)的+1视场、0视场、-1视场内,根据待测光学系统(7)的波相差利用多维调整机构(5)调整网格分划板(4)的位置,直至上述各视场的平均波相差最小,则此时网格分划板(4)位于待测光学系统(7)的焦平面内;
步骤1.3、将测量经纬仪(1)放置在步骤1.1所述的位置,并将其调平;
步骤1.4、使用测量经纬仪(1)分别在待测光学系统(7)的+1视场、0视场、-1视场内,分别照准网格分划板(4)的同一条横向网格线,利用多维调整机构(5)调整网格分划板(4)的滚转角,直至测量经纬仪(1)在照准网格分划板(4)的同一条横向网格线时对应的俯仰角一致,则表明网格分划板(4)对地调平,并且网格分划板(4)法线方向与待测光学系统(7)的光轴平行,网格线绝对水平。

说明书

大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法
技术领域
本发明属于光学检测与光学测量技术领域,具体涉及一种大视场反射式自由曲面空间相机的畸变标定方法。
背景技术
用于地面农作物普查的空间遥感器需要具备较大的视场角,才可以实现卫星一次过顶对应的地面刈副宽度满足农作物长势等观测数据量需求。为此,遥感器的主要光学载荷——甚宽覆盖多光谱空间相机(以下简称空间相机)采用多个反射式自由曲面光学元件构成光学系统,可以达到76°的视场角,但由此引起的畸变在成像方向上高达10%(理论值)。上述畸变会引起图像失真与扭曲,造成视场中央与视场边缘推扫速度产生差异,并且导致遥感器成像过程中各视场的相移补偿存在误差,进而引起图像分辨率下降以及光谱通道配准误差。可以说,对于推扫成像的多光谱空间相机,较大的畸变会引起主要光学指标的全面下降。为此需要在空间相机装调过程中对全视场畸变进行精密标定,拟合出像面各点的畸变分布,为进一步精密装调及畸变矫正提供必要的测量数据。
目前,实验室内常用的畸变标定方法包括精密测角法、三维空间试验场标定法、基于径向约束的两步标定法、同一标定物多角度成像法、基于光学衍射元件的标定方法及自标定方法等。现有方法在进行大视场多光谱反射式自由曲面光学系统装调过程中畸变标定时存在的不足与缺点如下:
(1)多光谱相机采用推扫成像方式,而三维空间试验场标定法、基于径向约束的两步标定法(RAC)、同一标定物多角度成像法等只适用于面阵探测器凝视成像系统的畸变标定,因此难以应用于推扫成像系统装调阶段的畸变标定。
(2)基于光学衍射元件的标定方法需要口径覆盖待测光学系统的大尺寸衍射光学元件以提供不同角度的入射光线,而待测系统有效口径超过750mm,目前难以加工出适合的衍射元件。
(3)常规精密测角标定方法使用转台、平行光管及标准标定物实现畸变精 密测量,但对于76°视场的空间相机,需要研制口径超过1500mm的平行光管才可以在转台旋转过程中覆盖全部视场角,其研制成本与难度难以承受。
(4)精密测角法需要将光学系统放置在高精度转台上以提供标准角度,但高性能、复杂光学系统集成装调过程是在光学平台上借助大量的辅助装调设备分散完成的,上述辅助装调设备连同光学平台的尺寸与重量过大难以放置在转台上进行畸变标定。
(5)对于由反射式自由曲面光学元件构成的成像系统,其畸变分布规律并不完全符合最小二乘规律等现有的畸变拟合先验法则,难以采用目前的畸变拟合方法解算全视场内各点的畸变值。
发明内容
为了解决上述大视场多光谱空间相机在光学系统装调过程中难以进行畸变标定的技术问题,本发明提出一种大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法,其采用三台经纬仪建立坐标系,通过基准转换的方法,在保证现有标定精度的基础上,实现自由曲面光学系统装调过程中的畸变标定。此外该方法通过与光学设计仿真模拟的光束出射二维偏角的逐点比对计算,结合多项式拟合算法,可计算畸变分布函数中多项式系数,最终得到光学系统全视场各点的畸变值。通过应用该方法得到的畸变标定数据对图像进行矫正,验证了该方法的有效性以及畸变标定精度。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下:
大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法,包括如下步骤:
步骤一:调整网格分划板的位置,使其位于待测光学系统的焦平面内,且网格分划板的法线方向与待测光学系统的光轴平行,网格分划板的网格线绝对水平;
步骤二:将测量经纬仪调平,并校准其光学内调焦系统至无穷远的位置固定不变;
步骤三:调整第一基准经纬仪和第二基准经纬仪的位置,使测量经纬仪在可以照准待测光学系统全部视场的前提下,仍然能够分别与第一基准经纬仪、第二基准经纬仪实现互瞄;将第一基准经纬仪和第二基准经纬仪调平,分别校 准无穷远位置,并在任意方向对两个基准经纬仪的方位角清零;然后根据测量方向选取第一基准经纬仪或第二基准经纬仪与测量经纬仪互瞄对方的自准直十字丝,并记录各基准经纬仪对应的方位角和俯仰角;
步骤四:使用测量经纬仪逐一照准网格分划板上的各条网格线交汇点,并记录测量经纬仪对应的方位角、俯仰角;
步骤五:将测量经纬仪沿待测光学系统的线视场方向平移,每次平移后重新调平测量经纬仪;平移到每个位置后,使用测量经纬仪依照步骤三中的方法再次与第一基准经纬仪或第二基准经纬仪进行互瞄,可以得到转换坐标系的方位角ω′和俯仰角θ′:
γ=180-[(φ12)+β]
ω′=180-(α+γ)   (1)
θ′=η12   (2)
其中,α为在测量位置N进行第N次互瞄时,测量经纬仪相对于网格分划板上最后一个网格线交汇点与测量位置N之间的方位夹角;Φ1为第二基准经纬仪相对于清零方向旋转的方位角;β为测量经纬仪移至测量位置N+1并重新调平后,测量经纬仪对测量位置N最后一个网格线交汇点的方位角与再次互瞄后的方位角的夹角;Φ2为第二基准经纬仪与测量经纬仪位于测量位置N+1再次互瞄后相对于清零方向旋转的方位角;以及,η1为测量经纬仪在测量位置N对网格分划板上最后一个网格线交汇点的俯仰角;η2为测量经纬仪在测量位置N+1照准测量位置N最后一个网格线交汇点的俯仰角;
步骤六:根据步骤五的测量原理,将测量经纬仪沿待测光学系统的线视场方向移动,顺次照准网格分划板上各条网格线的一系列交汇点,并记录测量经纬仪对应的方位角和俯仰角;在每次移动测量经纬仪后,依照步骤五中的方法与第一基准经纬仪或第二基准经纬仪建立位置转换基准,得到转换坐标系的俯仰角和方位角;
步骤七:根据步骤六得到的测量数据,依据内方位元素计算公式,得到待测光学系统的主点坐标(x0,y0)和主距(fx,fy),过程如下:
步骤7.1、通过计量得到网格分划板上各条网格线交汇点对应的坐标为:其中(xi,yk)表示第i行网格线与第k列网格线交汇点的坐标的理论值;
步骤7.2、采用步骤六中的标定方法,并结合步骤五中的各转换坐标系,可测试并计算得到各网格线交汇点对应出射光束的方位角和俯仰角为:其中(ωikik)表示对应第i行与第k列网格线交汇点出射光束的方位角、俯仰角;
步骤7.3、将上述得到的方位角和俯仰角对应代入光学设计软件中,根据待测光学系统的光学设计结果计算得到对应|(ωikik)|的一组网格线交汇点坐标计算值|(xi′,yk′)|,即对应出射光束视场角的待测光学系统像面坐标的计算值,根据此计算值可以拟合出其对应的坐标原点(xi0′,yk0′);
步骤7.4、根据网格线交汇点理论坐标矩阵|(xi,yk)|计算得到相应的坐标原点(xi0,yk0),计算实际坐标原点(xi0′,yk0′)与理论坐标原点(xi0,yk0)的差值即得到主点坐标(x0,y0),进而在光学设计软件中计算得到相应的主距(fx,fy);
步骤八:将步骤七计算得到的主点和主距,代入根据装调后光学系统实际光路关系建立的光学仿真模型中,仿真计算出光学系统上各条网格线交汇点对应的出射光线的方位角、俯仰角;再解算上述仿真数据与测量数据及畸变系数建立的超定方程组,可得到多项式拟合的系数;将得到的系数代入畸变拟合计算公式中,计算待测光学系统焦平面内任意坐标位置的畸变值,过程如下:
步骤8.1、待测光学系统像面内任一点畸变的数学模型为:
Dx=(x-x0)(k1×r2+k2×r4+k3×r6+p1[r2+2(x-x0)2]+2p2(x-x0)(y-y0)Dy=(y-y0)(k1×r2+k2×r4+k3×r6+2p1(x-x0)(y-y0)+p2[r2+2(y-y0)2]---(3)]]>
式中,k1、k2、k3及p1、p2为待估算的畸变系数,x、y为像面内任一点坐标,x0、y0为主点坐标;
步骤8.2、根据步骤7.1得到的网格线交汇点的有限个坐标(xi,yk)以及步骤7.4得到的主点坐标(x0,y0)和主距(fx,fy),计算得到对应的有限个网格线交汇点的畸变值:
Diy=yi+y0-fy·tg(θik+y0fy),Dix=xi+x0-fx·tg(ωik+x0fx)---(4)]]>
步骤8.3、联立上述公式(3)和公式(4)建立超定方程组为:
Dx=Dix,Dy=Diy
求解上述超定方程组,计算得到畸变系数k1、k2、k3及p1和p2,再代入公式(3)可计算出像面内任一点的畸变值。
本发明的工作原理是:首先使用干涉仪与待测光学系统、网格分划板构成准直干涉光路,利用猫眼干涉原理,分别在待测光学系统的0视场、+1视场、-1视场测量系统波相差,并进行综合计算,得到系统波相差算数平均值最小的位置,使上述网格分划板严格位于待测光学系统的最佳焦面内,且网格分划板法线方向与待测光学系统光轴平行。之后使用测量经纬仪通过待测光学系统分别照准位于+1、-1视场内网格分划板网格区域的左右两边缘位置,调整网格分划板的滚转角(绕光轴方向旋转)至网格线绝对水平,此时测量经纬仪在分别照准同一条网格线时对应的俯仰角相同。之后将测量经纬仪与基准经纬仪互瞄各自的自准直十字丝,建立转换基准。之后使用测量经纬仪通过待测光学系统照准其网格分划板上各条网格线的交汇点,并记录对应的方位角与俯仰角。由于待测光学系统视场极大,所以测量经纬仪在一个测量位置只能照准待测光学 系统全部视场5%左右的网格线交汇点,因此需要根据待测光学系统的视场角依次移动测量经纬仪至下一测量位置,直到覆盖全部测量区域。在测量基准转换后,需要使用测量经纬仪再次与基准经纬仪互瞄,并记录各自的方位角、俯仰角,根据对上述俯仰角、方位角,以及两次测量位置照准同一网格线交汇点的测量数据进行解算,即可得到两个测量位置之间的转换坐标系。依次移动测量经纬仪,直到覆盖待测光学系统全部视场,即完成基础数据的采集。此外,为了提高测量的效率和精度,在+1、-1视场方向分别设置一台基准经纬仪,当测量经纬仪在0视场两侧测量时,分别与两台经纬仪建立转换基准。数据解算过程是:首先借助光学设计软件及基础测量数据,根据常规的内方位元素计算公式计算出待测光学系统的主点、主距,根据装调后再次优化的光学设计结果,计算出各网格线交汇点对应出射光束的俯仰角、方位角。通过与测量数据之间建立的超定方程组,得到畸变像差的多项式系数,代入畸变多项式中可以计算得到待测光学系统焦面上任意坐标位置的畸变值。
本发明的有益效果如下:
1)用于空间光学遥感的高性能反射式自由曲面光学系统需要复杂、高精度的装调过程,将各光学元件、机械支撑系统、连接框架进行集成,以保证系统的各项光学参数最优。上述装调过程需要以分散状态借助必要的装调工装在大型气浮光学平台上完成,而在上述状态下难以将待测光学系统放置在高精度转台上,再配合平行光管进行畸变标定。因此,本发明针对待测系统的上述技术状态及工程实际,实现了确保精度条件下的畸变测量。
2)本发明的应用对象是视场角达到76°的反射式空间光学成像系统,其外形尺寸和重量均较大。若采用常规方法,需要研制保精度转角范围与负载能力异常巨大的高精度两维转台。为覆盖上述视场角,还需要研制超大口径的平行光管,工程难度较大,造价也极高。因此,本发明采用三台经纬仪配合计量标定的网格分划板,利用光学系统的装调工装,通过测量转换矩阵的方法实现畸变测量基础数据的采集,极大地降低了研制成本,并缩短了研制周期。
3)自由曲面反射式光学系统的畸变分布规律与常规折射式系统、同轴或离轴反射式光学系统差异较大,目前常用的畸变拟合计算方法难以适用。因此, 本发明借助常规的商用光学仿真计算软件,通过代入实测数据对初始光学设计进行复算与仿真,再解算畸变系数得到各点畸变值。依据本发明方法测量解算的畸变数据对空间相机所获取的图像进行畸变矫正,验证试验结果表明上述测量及数据解算方法的精度与准确性均满足研制需求。
附图说明
图1是本发明大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法测量过程的实际布局示意图。
图2是本发明中装调网格板过程中猫眼干涉原理示意图。
图3是本发明大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法的测量原理示意图。
图4是图3在水平面内的投影示意图。
图中:1、测量基站;2、处于分散装调阶段的待测光学系统及必要的装调工装;3、第一基准经纬仪;4、网格分划板;5、多维调整机构;6、第二基准经纬仪;7、待测光学系统;8、网格线交汇点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1至图4所示,本发明大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法包括如下步骤:
1)由于畸变标定精度与网格分划板4在待测光学系统7焦平面的装调精度密切相关,因此需要首先在待测光学系统7的焦平面上高精度的装调网格分划板4。首先在图1所示测量经纬仪1的位置放置配有平面标准镜的光学干涉仪,使干涉仪、待测光学系统7、刻划网格线的网格分划板4构成准直干涉光路,如图2所示,其准直干涉原理是:干涉仪出射平行光入射至待测光学系统7,经待测光学系统7的主镜、次镜、三镜、四镜聚焦至网格分划板4的表面,点反射沿对称光路回到干涉仪与参考波形成干涉条纹。分别在待测光学系统7的+1视场、0视场、-1视场根据系统波相差利用多维调整机构5调整网格分划板4的位置,直至各视场平均波相差最小,则此时网格分划板4位于待测光学系统7的焦平面内。
之后将测量经纬仪1放置在图1所示的位置,并将其调平。使用测量经纬仪1分别在待测光学系统7的+1视场、0视场、-1视场分别照准网格分划板4的同一条横向网格线,调整多维调整机构5直至测量经纬仪1在照准网格分划板4的同一条横向网格线时对应的俯仰角一致,则表明网格分划板4对地调平,并且其法线方向与待测光学系统7的光轴平行,网格线水平不存在投影误差。
2)将测量经纬仪1恢复至图1中的位置,重新调平,并校准测量经纬仪1的光学内调焦系统至无穷远位置,在下述测量过程中保证内调焦系统位置固定不变。
3)在如图1所示的位置放置第一基准经纬仪3、第二基准经纬仪6,使测量经纬仪1在可以照准待测光学系统7全部视场的前提下,仍然能够分别与第一基准经纬仪3、第二基准经纬仪6实现互瞄。将第一基准经纬仪3、第二基准经纬仪6调平,开启自准直测量功能,分别校准无穷远位置,在任意方向对两个基准经纬仪的方位角清零。根据测量方向,选取对应的第一基准经纬仪3(或第二基准经纬仪6)与测量经纬仪1互瞄对方的自准直十字丝,并记录对应的方位角,俯仰角。
4)使用测量经纬仪1照准待测光学系统7焦面内的网格分划板4上各条网格线交汇点8,记录对应的方位角、俯仰角。调节测量经纬仪1的方位角,直至该测量点的边缘视场,此时无论怎样调整测量经纬仪1的俯仰角、方位角也无法观测到网格分划板4上下任一网格交汇点的像。
5)使用图1中的调整工装2将测量经纬仪1沿待测光学系统7的线视场方向平移,并重新调平测量经纬仪1。使用测量经纬仪1依照步骤3)中的方法再次与第二基准经纬仪6(或第一基准经纬仪3)进行互瞄,上述测量原理如图3所示,图3只显示了位于-1视场的原理,另一侧+1视场的原理与图3类似,图4为图3在水平方向的投影。此时第N次互瞄时测量经纬仪1相对于最后一个网格线交汇点8与测量位置N之间的方位夹角为α,第二基准经纬仪6相对于清零方向(图4中虚线箭头表示)旋转的方位角为Φ1。测量经纬仪1移动至测量位置N+1并重新调平后,测量经纬仪1对上一测量位置N最后一个网格线交汇点(下称照准点)8的方位角与再次互瞄后的方位角的夹角为β,第二基准经纬 仪6与测量经纬仪1位于测量位置N+1时再次互瞄后相对于清零方向旋转的方位角为Φ2,则可以得到转换坐标系的方位角ω′:
γ=180-[(φ12)+β]
ω′=180-(α+γ)   (1)
由于上述测量均是在绝对水平基准条件下进行,因此俯仰角无投影关系,可直接得到转换坐标系的俯仰角θ′:
θ′=η12   (2)
其中η1为测量经纬仪1在测量位置N对网格分划板4上最后一个照准点8的俯仰角,η2为测量经纬仪1在测量位置N+1照准测量位置N最后一个照准点8的俯仰角。
6)根据上述测量原理,将测量经纬仪1沿待测光学系统7的线视场方向移动,顺次照准网格分划板4上各条网格线的交汇点,并记录对应的方位角、俯仰角。在每次移动测量经纬仪1后,依照步骤5)中的方法与第二基准经纬仪6(或第一基准经纬仪3)建立位置转换基准,得到转换坐标系的俯仰角、方位角。
7)根据上述测量数据,依据内方位元素计算公式,利用光学设计仿真软件,结合测量数据和网格板计量数据得到待测光学系统7的主点、主距。
8)将计算得到的主点、主距,代入根据装调后光学系统实际光路关系建立的光学仿真模型中,仿真计算出光学系统上各条网格线交汇点对应的出射光线的方位角、俯仰角。再解算上述仿真数据与测量数据及畸变系数建立的超定方程组,可得到多项式拟合系数。将上述系数代入畸变拟合计算公式中,可以计算待测光学系统7焦平面内任意坐标位置的畸变值。

大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法.pdf_第1页
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1、10申请公布号CN104215261A43申请公布日20141217CN104215261A21申请号201410427349322申请日20140826G01C25/0020060171申请人中国科学院长春光学精密机械与物理研究所地址130033吉林省长春市东南湖大路3888号72发明人何煦张晓辉吴国栋曹智睿74专利代理机构长春菁华专利商标代理事务所22210代理人田春梅54发明名称大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法57摘要大视场反射式自由曲面空间相机的畸变标定方法属于光学检测与光学测量技术领域,该方法利用三台经纬仪建立测量坐标系,通过基准转换标定出光学系统全视场内各计量标记点的方位角。

2、、俯仰角,再通过数据拟合方法实现视场角为76度的反射式自由曲面光学系统在分散装调状态下二维畸变分布的标定。本发明实现了复杂光学系统散摆条件下的保精度畸变测量,降低了研制成本,缩短了研制周期;经试验结果验证上述测量及数据解算方法的精度与准确性均满足研制需求。51INTCL权利要求书3页说明书6页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书6页附图2页10申请公布号CN104215261ACN104215261A1/3页21大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法,其特征在于,该方法包括如下步骤步骤一调整网格分划板4的位置,使其位于待测光学系统7的焦平面内,且网格分。

3、划板4的法线方向与待测光学系统7的光轴平行,网格分划板4的网格线绝对水平;步骤二将测量经纬仪1调平,并校准其光学内调焦系统至无穷远的位置固定不变;步骤三调整第一基准经纬仪3和第二基准经纬仪6的位置,使测量经纬仪1在可以照准待测光学系统7全部视场的前提下,仍然能够分别与第一基准经纬仪3、第二基准经纬仪6实现互瞄;将第一基准经纬仪3和第二基准经纬仪6调平,分别校准无穷远位置,并在任意方向对两个基准经纬仪的方位角清零;然后根据测量方向选取第一基准经纬仪3或第二基准经纬仪6与测量经纬仪1互瞄对方的自准直十字丝,并记录各基准经纬仪对应的方位角和俯仰角;步骤四使用测量经纬仪1照准网格分划板4上的各条网格线。

4、的一系列交汇点8,并记录测量经纬仪1对应的方位角、俯仰角;步骤五将测量经纬仪1沿待测光学系统7的线视场方向平移,每次平移后重新调平测量经纬仪1;平移到每个位置后,使用测量经纬仪1依照步骤三中的方法再次与第一基准经纬仪3或第二基准经纬仪6进行互瞄,可以得到转换坐标系的方位角和俯仰角180121801122其中,为在测量位置N进行第N次互瞄时,测量经纬仪1相对于网格分划板4上最后一个网格线交汇点8与测量位置N之间的方位夹角;1为第二基准经纬仪6相对于清零方向旋转的方位角;为测量经纬仪1移至测量位置N1并重新调平后,测量经纬仪1对测量位置N最后一个网格线交汇点8的方位角与再次互瞄后的方位角的夹角;2。

5、为第二基准经纬仪6与测量经纬仪1位于测量位置N1再次互瞄后相对于清零方向旋转的方位角;以及,1为测量经纬仪1在测量位置N对网格分划板4上最后一个网格线交汇点8的俯仰角;2为测量经纬仪1在测量位置N1照准测量位置N最后一个网格线交汇点8的俯仰角;步骤六根据步骤五的测量原理,将测量经纬仪1沿待测光学系统7的线视场方向移动,顺次照准网格分划板4上各条网格线的一系列交汇点8,并记录测量经纬仪1对应的方位角和俯仰角;在每次移动测量经纬仪1后,依照步骤五中的方法与第一基准经纬仪3或第二基准经纬仪6建立位置转换基准,得到转换坐标系的俯仰角和方位角;步骤七根据步骤六得到的测量数据,依据内方位元素计算公式,得到。

6、待测光学系统7的主点坐标X0,Y0和主距FX,FY,过程如下步骤71、通过计量得到网格分划板4上各条网格线交汇点8对应的坐标为权利要求书CN104215261A2/3页3其中XI,YK表示第I行网格线与第K列网格线交汇点的坐标的理论值;步骤72、采用步骤六中的标定方法,并结合步骤五中的各转换坐标系,可测试并计算得到各网格线交汇点8对应出射光束的方位角和俯仰角为其中IK,IK表示对应第I行与第K列网格线交汇点出射光束的方位角、俯仰角;步骤73、将上述得到的方位角和俯仰角对应代入光学设计软件中,根据待测光学系统7的光学设计结果计算得到对应|IK,IK|的一组网格线交汇点坐标计算值|XI,YK|,即。

7、对应出射光束视场角的待测光学系统像面坐标的计算值,根据此计算值可以拟合出其对应的坐标原点XI0,YK0;步骤74、根据网格线交汇点理论坐标矩阵|XI,YK|计算得到相应的坐标原点XI0,YK0,计算实际坐标原点XI0,YK0与理论坐标原点XI0,YK0的差值即得到主点坐标X0,Y0,进而在光学设计软件中计算得到相应的主距FX,FY;步骤八将步骤七计算得到的主点和主距,代入根据装调后光学系统实际光路关系建立的光学仿真模型中,仿真计算出光学系统上各条网格线交汇点对应的出射光线的方位角、俯仰角;再解算上述仿真数据与测量数据及畸变系数建立的超定方程组,可得到多项式拟合的系数;将得到的系数代入畸变拟合计。

8、算公式中,计算待测光学系统7焦平面内任意坐标位置的畸变值,过程如下步骤81、待测光学系统7像面内任一点畸变的数学模型为式中,K1、K2、K3及P1、P2为待估算的畸变系数,X、Y为像面内任一点坐标,X0、Y0为主点坐标;步骤82、根据步骤71得到的网格线交汇点的有限个坐标XI,YK以及步骤74得到的主点坐标X0,Y0和主距FX,FY,计算得到对应的有限个网格线交汇点的畸变值步骤83、联立上述公式3和公式4建立超定方程组为权利要求书CN104215261A3/3页4DXDIX,DYDIY求解上述超定方程组,计算得到畸变系数K1、K2、K3及P1和P2,再代入公式3可计算出像面内任一点的畸变值。2。

9、如权利要求1所述的大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法,其特征在于,所述步骤一包括如下步骤步骤11、在测量经纬仪1的位置放置配有平面标准镜的光学干涉仪,使干涉仪、待测光学系统7、网格分划板4构成准直干涉光路;步骤12、分别在待测光学系统7的1视场、0视场、1视场内,根据待测光学系统7的波相差利用多维调整机构5调整网格分划板4的位置,直至上述各视场的平均波相差最小,则此时网格分划板4位于待测光学系统7的焦平面内;步骤13、将测量经纬仪1放置在步骤11所述的位置,并将其调平;步骤14、使用测量经纬仪1分别在待测光学系统7的1视场、0视场、1视场内,分别照准网格分划板4的同一条横向网格线,利用多。

10、维调整机构5调整网格分划板4的滚转角,直至测量经纬仪1在照准网格分划板4的同一条横向网格线时对应的俯仰角一致,则表明网格分划板4对地调平,并且网格分划板4法线方向与待测光学系统7的光轴平行,网格线绝对水平。权利要求书CN104215261A1/6页5大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法技术领域0001本发明属于光学检测与光学测量技术领域,具体涉及一种大视场反射式自由曲面空间相机的畸变标定方法。背景技术0002用于地面农作物普查的空间遥感器需要具备较大的视场角,才可以实现卫星一次过顶对应的地面刈副宽度满足农作物长势等观测数据量需求。为此,遥感器的主要光学载荷甚宽覆盖多光谱空间相机以下简称空间。

11、相机采用多个反射式自由曲面光学元件构成光学系统,可以达到76的视场角,但由此引起的畸变在成像方向上高达10理论值。上述畸变会引起图像失真与扭曲,造成视场中央与视场边缘推扫速度产生差异,并且导致遥感器成像过程中各视场的相移补偿存在误差,进而引起图像分辨率下降以及光谱通道配准误差。可以说,对于推扫成像的多光谱空间相机,较大的畸变会引起主要光学指标的全面下降。为此需要在空间相机装调过程中对全视场畸变进行精密标定,拟合出像面各点的畸变分布,为进一步精密装调及畸变矫正提供必要的测量数据。0003目前,实验室内常用的畸变标定方法包括精密测角法、三维空间试验场标定法、基于径向约束的两步标定法、同一标定物多角。

12、度成像法、基于光学衍射元件的标定方法及自标定方法等。现有方法在进行大视场多光谱反射式自由曲面光学系统装调过程中畸变标定时存在的不足与缺点如下00041多光谱相机采用推扫成像方式,而三维空间试验场标定法、基于径向约束的两步标定法RAC、同一标定物多角度成像法等只适用于面阵探测器凝视成像系统的畸变标定,因此难以应用于推扫成像系统装调阶段的畸变标定。00052基于光学衍射元件的标定方法需要口径覆盖待测光学系统的大尺寸衍射光学元件以提供不同角度的入射光线,而待测系统有效口径超过750MM,目前难以加工出适合的衍射元件。00063常规精密测角标定方法使用转台、平行光管及标准标定物实现畸变精密测量,但对于。

13、76视场的空间相机,需要研制口径超过1500MM的平行光管才可以在转台旋转过程中覆盖全部视场角,其研制成本与难度难以承受。00074精密测角法需要将光学系统放置在高精度转台上以提供标准角度,但高性能、复杂光学系统集成装调过程是在光学平台上借助大量的辅助装调设备分散完成的,上述辅助装调设备连同光学平台的尺寸与重量过大难以放置在转台上进行畸变标定。00085对于由反射式自由曲面光学元件构成的成像系统,其畸变分布规律并不完全符合最小二乘规律等现有的畸变拟合先验法则,难以采用目前的畸变拟合方法解算全视场内各点的畸变值。发明内容0009为了解决上述大视场多光谱空间相机在光学系统装调过程中难以进行畸变标定。

14、说明书CN104215261A2/6页6的技术问题,本发明提出一种大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法,其采用三台经纬仪建立坐标系,通过基准转换的方法,在保证现有标定精度的基础上,实现自由曲面光学系统装调过程中的畸变标定。此外该方法通过与光学设计仿真模拟的光束出射二维偏角的逐点比对计算,结合多项式拟合算法,可计算畸变分布函数中多项式系数,最终得到光学系统全视场各点的畸变值。通过应用该方法得到的畸变标定数据对图像进行矫正,验证了该方法的有效性以及畸变标定精度。0010本发明解决技术问题所采取的技术方案如下0011大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法,包括如下步骤0012步骤一调整网格分划。

15、板的位置,使其位于待测光学系统的焦平面内,且网格分划板的法线方向与待测光学系统的光轴平行,网格分划板的网格线绝对水平;0013步骤二将测量经纬仪调平,并校准其光学内调焦系统至无穷远的位置固定不变;0014步骤三调整第一基准经纬仪和第二基准经纬仪的位置,使测量经纬仪在可以照准待测光学系统全部视场的前提下,仍然能够分别与第一基准经纬仪、第二基准经纬仪实现互瞄;将第一基准经纬仪和第二基准经纬仪调平,分别校准无穷远位置,并在任意方向对两个基准经纬仪的方位角清零;然后根据测量方向选取第一基准经纬仪或第二基准经纬仪与测量经纬仪互瞄对方的自准直十字丝,并记录各基准经纬仪对应的方位角和俯仰角;0015步骤四使。

16、用测量经纬仪逐一照准网格分划板上的各条网格线交汇点,并记录测量经纬仪对应的方位角、俯仰角;0016步骤五将测量经纬仪沿待测光学系统的线视场方向平移,每次平移后重新调平测量经纬仪;平移到每个位置后,使用测量经纬仪依照步骤三中的方法再次与第一基准经纬仪或第二基准经纬仪进行互瞄,可以得到转换坐标系的方位角和俯仰角0017180120018180100191220020其中,为在测量位置N进行第N次互瞄时,测量经纬仪相对于网格分划板上最后一个网格线交汇点与测量位置N之间的方位夹角;1为第二基准经纬仪相对于清零方向旋转的方位角;为测量经纬仪移至测量位置N1并重新调平后,测量经纬仪对测量位置N最后一个网格。

17、线交汇点的方位角与再次互瞄后的方位角的夹角;2为第二基准经纬仪与测量经纬仪位于测量位置N1再次互瞄后相对于清零方向旋转的方位角;以及,1为测量经纬仪在测量位置N对网格分划板上最后一个网格线交汇点的俯仰角;2为测量经纬仪在测量位置N1照准测量位置N最后一个网格线交汇点的俯仰角;0021步骤六根据步骤五的测量原理,将测量经纬仪沿待测光学系统的线视场方向移动,顺次照准网格分划板上各条网格线的一系列交汇点,并记录测量经纬仪对应的方位角和俯仰角;在每次移动测量经纬仪后,依照步骤五中的方法与第一基准经纬仪或第二基准经纬仪建立位置转换基准,得到转换坐标系的俯仰角和方位角;0022步骤七根据步骤六得到的测量数。

18、据,依据内方位元素计算公式,得到待测光学系统的主点坐标X0,Y0和主距FX,FY,过程如下0023步骤71、通过计量得到网格分划板上各条网格线交汇点对应的坐标为说明书CN104215261A3/6页7其中XI,YK表示第I行网格线与第K列网格线交汇点的坐标的理论值;0024步骤72、采用步骤六中的标定方法,并结合步骤五中的各转换坐标系,可测试并计算得到各网格线交汇点对应出射光束的方位角和俯仰角为其中IK,IK表示对应第I行与第K列网格线交汇点出射光束的方位角、俯仰角;0025步骤73、将上述得到的方位角和俯仰角对应代入光学设计软件中,根据待测光学系统的光学设计结果计算得到对应|IK,IK|的一。

19、组网格线交汇点坐标计算值|XI,YK|,即对应出射光束视场角的待测光学系统像面坐标的计算值,根据此计算值可以拟合出其对应的坐标原点XI0,YK0;0026步骤74、根据网格线交汇点理论坐标矩阵|XI,YK|计算得到相应的坐标原点XI0,YK0,计算实际坐标原点XI0,YK0与理论坐标原点XI0,YK0的差值即得到主点坐标X0,Y0,进而在光学设计软件中计算得到相应的主距FX,FY;0027步骤八将步骤七计算得到的主点和主距,代入根据装调后光学系统实际光路关系建立的光学仿真模型中,仿真计算出光学系统上各条网格线交汇点对应的出射光线的方位角、俯仰角;再解算上述仿真数据与测量数据及畸变系数建立的超定。

20、方程组,可得到多项式拟合的系数;将得到的系数代入畸变拟合计算公式中,计算待测光学系统焦平面内任意坐标位置的畸变值,过程如下0028步骤81、待测光学系统像面内任一点畸变的数学模型为00290030式中,K1、K2、K3及P1、P2为待估算的畸变系数,X、Y为像面内任一点坐标,X0、Y0为主点坐标;0031步骤82、根据步骤71得到的网格线交汇点的有限个坐标XI,YK以及步骤74得到的主点坐标X0,Y0和主距FX,FY,计算得到对应的有限个网格线交汇点的畸变值0032说明书CN104215261A4/6页80033步骤83、联立上述公式3和公式4建立超定方程组为0034DXDIX,DYDIY00。

21、35求解上述超定方程组,计算得到畸变系数K1、K2、K3及P1和P2,再代入公式3可计算出像面内任一点的畸变值。0036本发明的工作原理是首先使用干涉仪与待测光学系统、网格分划板构成准直干涉光路,利用猫眼干涉原理,分别在待测光学系统的0视场、1视场、1视场测量系统波相差,并进行综合计算,得到系统波相差算数平均值最小的位置,使上述网格分划板严格位于待测光学系统的最佳焦面内,且网格分划板法线方向与待测光学系统光轴平行。之后使用测量经纬仪通过待测光学系统分别照准位于1、1视场内网格分划板网格区域的左右两边缘位置,调整网格分划板的滚转角绕光轴方向旋转至网格线绝对水平,此时测量经纬仪在分别照准同一条网格。

22、线时对应的俯仰角相同。之后将测量经纬仪与基准经纬仪互瞄各自的自准直十字丝,建立转换基准。之后使用测量经纬仪通过待测光学系统照准其网格分划板上各条网格线的交汇点,并记录对应的方位角与俯仰角。由于待测光学系统视场极大,所以测量经纬仪在一个测量位置只能照准待测光学系统全部视场5左右的网格线交汇点,因此需要根据待测光学系统的视场角依次移动测量经纬仪至下一测量位置,直到覆盖全部测量区域。在测量基准转换后,需要使用测量经纬仪再次与基准经纬仪互瞄,并记录各自的方位角、俯仰角,根据对上述俯仰角、方位角,以及两次测量位置照准同一网格线交汇点的测量数据进行解算,即可得到两个测量位置之间的转换坐标系。依次移动测量经。

23、纬仪,直到覆盖待测光学系统全部视场,即完成基础数据的采集。此外,为了提高测量的效率和精度,在1、1视场方向分别设置一台基准经纬仪,当测量经纬仪在0视场两侧测量时,分别与两台经纬仪建立转换基准。数据解算过程是首先借助光学设计软件及基础测量数据,根据常规的内方位元素计算公式计算出待测光学系统的主点、主距,根据装调后再次优化的光学设计结果,计算出各网格线交汇点对应出射光束的俯仰角、方位角。通过与测量数据之间建立的超定方程组,得到畸变像差的多项式系数,代入畸变多项式中可以计算得到待测光学系统焦面上任意坐标位置的畸变值。0037本发明的有益效果如下00381用于空间光学遥感的高性能反射式自由曲面光学系统。

24、需要复杂、高精度的装调过程,将各光学元件、机械支撑系统、连接框架进行集成,以保证系统的各项光学参数最优。上述装调过程需要以分散状态借助必要的装调工装在大型气浮光学平台上完成,而在上述状态下难以将待测光学系统放置在高精度转台上,再配合平行光管进行畸变标定。因此,本发明针对待测系统的上述技术状态及工程实际,实现了确保精度条件下的畸变测量。00392本发明的应用对象是视场角达到76的反射式空间光学成像系统,其外形尺寸和重量均较大。若采用常规方法,需要研制保精度转角范围与负载能力异常巨大的高精度两维转台。为覆盖上述视场角,还需要研制超大口径的平行光管,工程难度较大,造价也极高。因此,本发明采用三台经纬。

25、仪配合计量标定的网格分划板,利用光学系统的装调工装,通过测量转换矩阵的方法实现畸变测量基础数据的采集,极大地降低了研制成本,并缩短了研制周期。00403自由曲面反射式光学系统的畸变分布规律与常规折射式系统、同轴或离轴反射式光学系统差异较大,目前常用的畸变拟合计算方法难以适用。因此,本发明借助常规的商说明书CN104215261A5/6页9用光学仿真计算软件,通过代入实测数据对初始光学设计进行复算与仿真,再解算畸变系数得到各点畸变值。依据本发明方法测量解算的畸变数据对空间相机所获取的图像进行畸变矫正,验证试验结果表明上述测量及数据解算方法的精度与准确性均满足研制需求。附图说明0041图1是本发明。

26、大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法测量过程的实际布局示意图。0042图2是本发明中装调网格板过程中猫眼干涉原理示意图。0043图3是本发明大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法的测量原理示意图。0044图4是图3在水平面内的投影示意图。0045图中1、测量基站;2、处于分散装调阶段的待测光学系统及必要的装调工装;3、第一基准经纬仪;4、网格分划板;5、多维调整机构;6、第二基准经纬仪;7、待测光学系统;8、网格线交汇点。具体实施方式0046下面结合附图对本发明做进一步详细说明。0047如图1至图4所示,本发明大视场反射式自由曲面空间相机畸变标定方法包括如下步骤00481由于畸变标定精度。

27、与网格分划板4在待测光学系统7焦平面的装调精度密切相关,因此需要首先在待测光学系统7的焦平面上高精度的装调网格分划板4。首先在图1所示测量经纬仪1的位置放置配有平面标准镜的光学干涉仪,使干涉仪、待测光学系统7、刻划网格线的网格分划板4构成准直干涉光路,如图2所示,其准直干涉原理是干涉仪出射平行光入射至待测光学系统7,经待测光学系统7的主镜、次镜、三镜、四镜聚焦至网格分划板4的表面,点反射沿对称光路回到干涉仪与参考波形成干涉条纹。分别在待测光学系统7的1视场、0视场、1视场根据系统波相差利用多维调整机构5调整网格分划板4的位置,直至各视场平均波相差最小,则此时网格分划板4位于待测光学系统7的焦平。

28、面内。0049之后将测量经纬仪1放置在图1所示的位置,并将其调平。使用测量经纬仪1分别在待测光学系统7的1视场、0视场、1视场分别照准网格分划板4的同一条横向网格线,调整多维调整机构5直至测量经纬仪1在照准网格分划板4的同一条横向网格线时对应的俯仰角一致,则表明网格分划板4对地调平,并且其法线方向与待测光学系统7的光轴平行,网格线水平不存在投影误差。00502将测量经纬仪1恢复至图1中的位置,重新调平,并校准测量经纬仪1的光学内调焦系统至无穷远位置,在下述测量过程中保证内调焦系统位置固定不变。00513在如图1所示的位置放置第一基准经纬仪3、第二基准经纬仪6,使测量经纬仪1在可以照准待测光学系。

29、统7全部视场的前提下,仍然能够分别与第一基准经纬仪3、第二基准经纬仪6实现互瞄。将第一基准经纬仪3、第二基准经纬仪6调平,开启自准直测量功能,分别校准无穷远位置,在任意方向对两个基准经纬仪的方位角清零。根据测量方向,选取对应的第一基准经纬仪3或第二基准经纬仪6与测量经纬仪1互瞄对方的自准直十字丝,并记录对应的方位角,俯仰角。说明书CN104215261A6/6页1000524使用测量经纬仪1照准待测光学系统7焦面内的网格分划板4上各条网格线交汇点8,记录对应的方位角、俯仰角。调节测量经纬仪1的方位角,直至该测量点的边缘视场,此时无论怎样调整测量经纬仪1的俯仰角、方位角也无法观测到网格分划板4上。

30、下任一网格交汇点的像。00535使用图1中的调整工装2将测量经纬仪1沿待测光学系统7的线视场方向平移,并重新调平测量经纬仪1。使用测量经纬仪1依照步骤3中的方法再次与第二基准经纬仪6或第一基准经纬仪3进行互瞄,上述测量原理如图3所示,图3只显示了位于1视场的原理,另一侧1视场的原理与图3类似,图4为图3在水平方向的投影。此时第N次互瞄时测量经纬仪1相对于最后一个网格线交汇点8与测量位置N之间的方位夹角为,第二基准经纬仪6相对于清零方向图4中虚线箭头表示旋转的方位角为1。测量经纬仪1移动至测量位置N1并重新调平后,测量经纬仪1对上一测量位置N最后一个网格线交汇点下称照准点8的方位角与再次互瞄后的。

31、方位角的夹角为,第二基准经纬仪6与测量经纬仪1位于测量位置N1时再次互瞄后相对于清零方向旋转的方位角为2,则可以得到转换坐标系的方位角005418012005518010056由于上述测量均是在绝对水平基准条件下进行,因此俯仰角无投影关系,可直接得到转换坐标系的俯仰角00571220058其中1为测量经纬仪1在测量位置N对网格分划板4上最后一个照准点8的俯仰角,2为测量经纬仪1在测量位置N1照准测量位置N最后一个照准点8的俯仰角。00596根据上述测量原理,将测量经纬仪1沿待测光学系统7的线视场方向移动,顺次照准网格分划板4上各条网格线的交汇点,并记录对应的方位角、俯仰角。在每次移动测量经纬仪。

32、1后,依照步骤5中的方法与第二基准经纬仪6或第一基准经纬仪3建立位置转换基准,得到转换坐标系的俯仰角、方位角。00607根据上述测量数据,依据内方位元素计算公式,利用光学设计仿真软件,结合测量数据和网格板计量数据得到待测光学系统7的主点、主距。00618将计算得到的主点、主距,代入根据装调后光学系统实际光路关系建立的光学仿真模型中,仿真计算出光学系统上各条网格线交汇点对应的出射光线的方位角、俯仰角。再解算上述仿真数据与测量数据及畸变系数建立的超定方程组,可得到多项式拟合系数。将上述系数代入畸变拟合计算公式中,可以计算待测光学系统7焦平面内任意坐标位置的畸变值。说明书CN104215261A101/2页11图1图2说明书附图CN104215261A112/2页12图3图4说明书附图CN104215261A12。

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