专利名称：两共轴背对背固定光电成像系统的轴线误差标定方法
技术领域：
本发明涉及一种两共轴背对背固定光电成像系统的轴线误差标定方法，尤其是一种针对组成基于数字图像的无标靶多光轴平行度检测系统中两共轴背对对背光电成像系统之间的轴线偏差标定方法，属于光电成像技术领域。
背景技术：
本申请人于同日申请的专利“基于数字图像的无标靶多光轴平行度检测系统”提出了一种新型的基于数字图像处理方法的无标靶多光轴平行度检测系统，如附图
4所示。在检测激光测距仪光轴与弹丸发射轴、观瞄光轴的平行度关系时，利用激光场景采集器中共轴背对背固定的第一光电成像系统和第二光电成像系统分别采集激光光斑图像和场景图像，将其输入融合模块进行图像融合，可得一幅激光场景融合图像(其中激光光斑位置对应着激光照射场景中的位置)；再与弹丸发射轴上固定的弹丸发射轴光电成像系统和固定 在瞄准镜后的观瞄光轴光电成像系统采集的带有十字分划的场景图像I和2进行图像配准(其中十字分划中心位置对应炮轴或观瞄光轴指向场景中的位置)，通过一系列的图像处理方法，可获得激光光轴、弹丸发射轴和观瞄光轴间的两两平行度关系。在理想情况下，基于数字图像的多光轴平行度检测系统的激光场景视频采集器中第一光电成像系统和第二光电成像系统是共轴，并且被背对背反向固定。但由于加工装调的精度问题，第一光电成像系统和第二光电成像系统的光轴不可能完全共轴反向。第一光电成像系统和第二光电成像系统光轴方向的偏差是系统误差，将严重影响基于数字图像的多光轴平行度检测系统的性能。这个系统误差是可以通过误差标定方法获取，为误差补偿提供可能。目前，在双目立体视觉中出现大量光电成像系统参数标定方法，但是其针对的都是同方向光电成像系统的标定，针对背对背固定的两个光电成像系统的光轴的标定还未见诸于市场和文献资料。

发明内容
本发明的目的提供一种两共轴背对背固定光电成像系统轴线误差的标定方法。该方法操作简单，有较高的误差标定精度。为了达到上述目的，本发明的技术方案为一种两背对背同轴固定光电成像系统轴线误差的标定方法，具体步骤为步骤一、搭建由两束平行反向的十字型平行光束构成的检测光路；搭建方法为步骤101、标定自准直仪出射的十字光束方向；步骤102、将自准直仪与平行光管相向放置于平行光轨上，粗调使两者相对平行；步骤103、打开平行光管背侧光源，发出平行光照射自准直仪，调节自准直仪位置，使得从自准直仪目镜观测到的由平行光管出射的十字光斑与自准直仪目镜中标定好的十字分划的中心重合；
步骤104、打开自准直仪的光源，根据自准直仪原理，可以认为自准直仪与平行光管出射的十字光束反向平行；步骤二、将两共轴背对背固定的光电成像系统放置于所述由两束平行反向的十字型平行光束构成的检测光路中，用左光电成像系统采集左十字平行光束得到左十字光斑图像，用右光电成像系统采集右十字平行光束得到右十字光斑图像；步骤三、对所述左光电成像系统采集的左十字光斑图像进行处理，建立左光电成像系统坐标系和左十字光束坐标系，并根据几何成像原理，求解左十字光束坐标系相对左光电成像系统坐标系的旋转矩阵R1 以左光电成像系统镜头O1中心为圆心，像面行方向为X轴，列方向为y轴，光轴方向为z轴,建立左光电成像系统坐标系O1-X1Y1Z1,以左十字光束的出射方向为w轴，以十字光束的水平和竖直线为u轴和V轴，建立左十字光束坐标系O3-U1V1W1,设左十字光束交左光电成像系统主平面于A点，经镜头会聚于左像面B点，且在左像面上的十字光斑中两条相交 的直线分别沿历和0方向；利用图像处理中的二值化和细化算法，提取左像面上十字光斑的中心骨架，利用最小二乘法拟合两条直线，得到其在坐标系O1-Xiyizi中单位方向向量/;) = (m'，m2,0 /和η=(ηχ,η2β)Τ %设B点在像面矩阵中行列坐标为(i，j)，左光电成像系统的瞬时视场为P1Xq1JJB点在O1-XiyiZ1坐标系中的坐标为f/ (iPl，jqi，-l)，其中f/为左光电成像系统焦距，
权利要求
1.一种两背对背同轴固定光电成像系统轴线误差的标定方法，其特征在于，具体步骤为 步骤一、搭建由两束平行反向的十字型平行光束构成的检测光路； 步骤二、将两共轴背对背固定的光电成像系统放置于所述由两束平行反向的十字型平行光束构成的检测光路中，用左光电成像系统采集左十字平行光束得到左十字光斑图像，用右光电成像系统采集右十字平行光束得到右十字光斑图像； 步骤三、对所述左光电成像系统采集的左十字光斑图像进行处理，建立左光电成像系统坐标系和左十字光束坐标系，并根据几何成像原理，求解左十字光束坐标系相对左光电成像系统坐标系的旋转矩阵R1 以左光电成像系统镜头O1中心为圆心，像面行方向为X轴，列方向为y轴，光轴方向为z轴，建立左光电成像系统坐标系O1-XiyiZ1,以左十字光束的出射方向为w轴，以十字光束的水平和竖直线为u轴和V轴，建立左十字光束坐标系O3-U1V1W1,设左十字光束交左光电成像系统主平面于A点，经镜头会聚于左像面B点，且在左像面上的十字光斑中两条相交的直线分别沿兩和0方向； 利用图像处理中的二值化和细化算法，提取左像面上十字光斑的中心骨架，利用最小二乘法拟合两条直线，得到其在坐标系O1-X1Y1 zi中单位方向向量/ ) = (m,, m,，0,厂和η=(ηγ,η2β)τ % 设B点在像面矩阵中行列坐标为(i，j)，左光电成像系统的瞬时视场为P1Xq1,则B点在O1-XiyiZ1坐标系中的坐标为f/ (IP1, Jq1, -I)，其中f/为左光电成像系统焦距；解出左十字光束坐标系相对左光电成像系统坐标系的旋转矩阵R1为步骤四、对所述右光电成像系统采集的右十字光斑图像进行如下处理 以右光电成像系统镜头O2中心为圆心，像面行方向为X轴，列方向为y轴，光轴方向为z轴，建立右光电成像系统坐标系02-x2y2z2 ;以右十字光束的出射方向为w轴，以十字光束的水平和竖直线为u轴和V轴，建立右十字光束坐标系O4-U2V2W2 ； 设右十字光束交右光电成像系统主平面于D点，经镜头会聚于右像面C点，且在右像面上的十字光斑中两条相交的直线分别沿兩'和好’方向；利用图像处理中的二值化和细化算法，提取右像面上十字光斑的中心骨架，利用最小二乘法拟合两条直线，得到其在坐标系O2-X2Y2Z2 中单位方向向mm' = {η\ '，m20)Γ和/7’ = (/ !η2 ',0)Γ； 设C点在像面矩阵中行列坐标为(i’，j’)，右光电成像系统的瞬时视场为P2Xq2 ; 解出右十字光束坐标系相对左光电成像系统坐标系的旋转矩阵R2 步骤五、根据所述步骤三与步骤四得出RpR2，令R12为左十字光束坐标系相对于右十字光束坐标系之间的旋转矩阵， 通过坐标系转换关系，得出左光电成像系统相对右光电成像系统的旋转矩阵R R = R2It2R^其中左右十字光束平行反向，则 步骤六、以右光电成像系统为基准，计算左光电成像系统光轴相对右光电成像系统光轴的水平偏角a和竖直偏角3 建立右光电成像系统坐标系，以右光电成像系统镜头中心O2为圆心，像面行方向为X轴，列方向为y轴，光轴方向为z轴，建立左光电成像系统坐标系02-x2y2z2,假设 左光电成像系统光轴在左光电成像系统坐标系中用描述，变 换到右光电成像系统坐标系中为 平面的投影为 平面的投影为 右光电成像系统光轴在右光电成像系统坐标系中用4 =(0，(Vlf描述，则左右光电成像系统在水平方向的夹角 左右光电成像系统在竖直方向的夹角 由左右光电成像系统在水平方向和在竖直方向的夹角可表不两共轴背对背固定光电成像系统的轴线误差。
2.如权利要求I所述的一种两背对背同轴固定光电成像系统轴线误差的标定方法，其特征在于，所述由两束平行反向的十字型平行光束构成的检测光路的搭建方法为 步骤101、标定自准直仪出射的十字光束方向； 步骤102、将自准直仪与平行光管相向放置于平行光轨上，粗调使两者相对平行； 步骤103、打开平行光管背侧光源，发出平行光照射自准直仪，调节自准直仪位置，使得从自准直仪目镜观测到的由平行光管出射的十字光斑与自准直仪目镜中标定好的十字分划的中心重合； 步骤104、打开自准直仪的光源，根据自准直仪原理，可以认为自准直仪与平行光管出射的十字光束反向平行。
全文摘要
本发明提供一种两背对背同轴固定光电成像系统轴线误差的标定方法，属于光电成像技术领域。本发明基于不同坐标系之间的转换原理，其技术方案为将两背对背同轴固定的光电成像系统放置于由两束平行反向的十字型平行光束构成的光路中，用左右两侧光电成像系统分别采集左右两侧十字光斑，通过图像处理方法计算左十字光束坐标系与左光电成像系统坐标系的关系，右十字光束坐标系与右光电成像系统坐标系的关系。左右十字光束平行反向，存在简单的坐标变换关系。将上述三个变换关系联系起来，就可以获得左右光电成像系统坐标系的变换关系，进而得出两光电成像系统轴线之间的夹角。该方法适用于两背对背同轴固定的光电成像仪器轴线误差的标定。
文档编号G01B11/26GK102809476SQ20121030065
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者王霞, 王晨如, 路陆, 金伟其, 张勇 申请人:北京理工大学