[发明专利]一种大视场红外摄像机内方位元素标定设备

说明书

一种大视场红外摄像机内方位元素标定设备涉及光学精密测试仪器技术领域，解决了无法满足生产现场条件下摄像机内方位元素高精度标定的问题，该装置包括设备基座、垂直转台、水平转台、光学准直系统和五维微动调整台，垂直转台设置在设备基座上、具有单自由度且为方位自由度；水平转台设置在设备基座上、具有单自由度且为俯仰自由度，水平转台的回转轴与垂直转台的回转轴垂直且共面；五维微动调整台设置在垂直转台上，用于放置待测摄像机和调整放置在其上的待测摄像机的位姿光学准直系统连接水平转台，光学准直系统的光轴、水平转台的回转轴和垂直转台的回转轴相交。本发明体积小、使用操作简便、标定效率高、标定精度高、可靠性高和可维护性高。

技术领域

本发明涉及光学精密测试仪器技术领域，具体涉及一种大视场红外摄像机的内方位元素标定设备。

背景技术

直升机在舰船上降落过程受船体摇晃等因素影响，难度较大、危险系数较高，目前多依靠飞行员目视判断飞机与船体之间的相对位置和姿态，难以满足高海况条件下的着舰需求。可利用光学摄像机对直升机的降落过程进行实时成像和测量，准确、定量、高效计算船体与直升机之间的实时相对位置与姿态，满足较高海况条件下计算机引导着舰。此外，为满足海上光学环境的特殊需求，用于成像引导的摄像机一般采用近红外工作谱段，满足海洋盐雾等低可视度条件下的成像需求。上述过程的实现有赖于摄像机内方位元素的标定精度。摄像机的畸变、主点位置等直接影响直升机与船体相对位置和角度的解算精度，若出现较大的内方位元素误差甚至导致飞机位姿坐标计算偏差使得飞机着舰过程出现险情。

为提高摄像机的测量效率，减少摄像机的布置数量，此类近红外摄像机一般采用短焦距、大视场设计。从而使摄像机的理论畸变远大于常规光学摄像机。受光学加工、装配、探测器像元误差等因素影响，摄像机的内方位元素会与设计值或分析的公差存在一定偏差。因此，对于大批量生产的近红外摄像机的内方位元素在出厂前进行高精度标定，并基于标定数据拟合出补偿模型并将其注入和固化在摄像机的数据解算程序中。摄像机工作过程中可直接修正畸变等内方位元素误差，确保目标坐标的测量精度。

目前，在室内对数字相机内方位元素进行静态标定的基本原理是是使相机对不同方位经过精确测量的标定靶标进行成像，再通过求解非线性方程组，得到相机的内方位元素标定参数。实验室内常用的内方位元素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。

其中精密测角算法直观简洁，易于实现且精度较高，是实验室内标定数字相机内方位元素广泛采用的一种经典方法，其实质就是根据像点坐标数据和对应不同视场入射光线的角度数据，在假设相机光学畸变分布符合一定约束的条件下，采用数学算法拟合相机实际主点、主距以及畸变系数的标定方法。

但目前基于精密测角法的实验室内方位元素标定装置方案难以适用于生产线上在线测量需求，主要原因包括如下三方面原因。

(1)目前基于精密测角法的内方位元素标定装置构型大多采用一维转台，配合大口径平行光管的布局形式。通过转台回转提供输入视场角，利用光管提供远场目标。这一构型的弊端在于转台和光管的相对位置和姿态不固定。在单次标定前需要首先校正转台转轴和光管光轴之间的相对角度，难以兼顾大批量产品对内方位元素标定效率和精度的综合需求。

(2)目前内方位元素标定设备大多针对科学研究等领域搭建，设备的尺寸、体积等难以满足生产现场条件下的综合使用要求。上述两项主要弊端成为制约高精度标校用近红外摄像机产能和产品质量的主要因素，亟待从标定设备的设计角度加以解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种大视场红外摄像机内方位元素标定设备。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种大视场红外摄像机内方位元素标定设备，包括设备基座、垂直转台、水平转台、光学准直系统和五维微动调整台；