基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法

1.本发明涉及成像与图像处理技术领域，具体涉及基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法。


背景技术：

2.大视场图像能够提供更好的空间信息，以便后续进行目标识别、目标追踪等。随着科学技术的不断进步，扩大视场技术正逐渐走向成熟，且越来越多地应用于安防监控、遥感测绘、无人驾驶等领域。在光学设计中，同一通光口径下的视场与焦距成反比例关系，固定焦距情况下，焦距越大，视场越小。而光学镜头在同一焦距情况下，通光口径增大将增大视场，而目前的ccd靶面尺寸成为限制视场的主要因素，现今多采用扩大镜头ccd靶面面积亦或是将小靶面ccd放置于专业拼接台上进行直接拼接的方式，去解决这一问题。
3.现今多采用扩大镜头ccd靶面面积亦或是将小靶面ccd放置于专业拼接台上进行直接拼接的方式解决视场扩大的问题。但当今市场中大靶面ccd选择空间有限，且价格昂贵，另一方面，将小靶面ccd进行直接拼接的方式需要专业的拼接平台，后期维护亦较为繁琐，这又进一步增加了成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法，提升拼接的速度和精度，达到了实时性，高精度的实现了大视场实时成像的目的。
5.上述目的通过如下技术方案实现：
6.一种基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法，包括如下步骤：
7.步骤一、搭建基于直角棱镜成像系统内拼接的视场扩大系统，所述的视场扩大系统包括位于光轴上的一对及多对直角棱镜成像系统，每个直角棱镜成像系统包括一个成像传感器和一个直角棱镜；每对直角棱镜成像系统中在光入射方向上依次为第一直角棱镜和第二直角棱镜，第一直角棱镜和第二直角棱镜的在斜面处粘结为一体形成立方棱镜，第一直角棱镜的直角面与光轴垂直，第一直角棱镜的斜面与光轴成45度夹角，第一成像探测器垂直于第一直角棱镜斜面的反射光线，第二成像探测器垂直于立方棱镜的透射光线；
8.步骤二、沿光入射方向上的第一对直角棱镜成像系统装调步骤如下：
9.首先，将大视场光学镜头调焦放置于理论调焦无穷远位置，同轴点放置于第一成像传感器的靶面的一侧边界中心，观测无穷远目标清晰后，旋转光学镜头将第一成像传感器扫平；
10.然后，将第二成像传感器的靶面另一侧边界中心定位为镜头的第二个同轴点，旋转第二成像传感器将第二成像传感器扫平；
11.步骤三、如果为直角棱镜成像系统多对时，其余每对直角棱镜成像系统重复步骤二的装调步骤；
12.步骤四、观测每个成像传感器图像，以第一成像传感器图像为基准，将第一成像传
感器图像与剩余成像传感器图像拼接；
13.步骤五、拼接完成后进行所有成像传感器扫平，检查内拼接效果。
14.作为本发明更优的技术方案，所述的每对直角棱镜成像系统中的两个直角棱镜完全相同。
15.作为本发明更优的技术方案，所述的直角棱镜成像系统为多对时，在光轴上相邻的两对直角棱镜的斜面成90度角。
16.作为本发明更优的技术方案，所述的成像传感器的分辨率为640
×
512pixel。
17.作为本发明更优的技术方案，步骤五具体为将目标扫进第一成像传感器成像，然后左右移动两个点以上，将目标扫进第二传感器成像，然后左右移动两个点以上，重复上述步骤进行剩余成像传感器成像，对比所有移动点的垂直像元是否相等，相等则完成内拼接效果检查。
18.与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
19.本发明通过一对或是多对直角棱镜成像系统光学镜头内拼接方式提升了拼接的速度，具有实时性，高精度的实现了大视场实时成像。
附图说明
20.图1是本发明的实施例1中基于双直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法流程图；
21.图2是本发明的实施例1中基于双直角棱镜成像系统内拼接的视场扩大系统结构图；
22.图3是本发明的实施例1中拼接前后效果对比图，左侧为拼接前一个相机图像，右侧为两相机图像拼接后的图像；
23.图4是本发明的实施例1中两相机白平衡不统一时，两相机图像拼接后的效果图；
24.图5是本发明的实施例1中两相机图像重叠效果图。
具体实施方式
25.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
27.本发明的基于直角棱镜成像系统内拼接的视场扩大系统，包括位于光轴上的一对及多对直角棱镜成像系统，每个直角棱镜成像系统包括一个成像传感器和一个直角棱镜；每对直角棱镜成像系统中在光入射方向上依次为第一直角棱镜和第二直角棱镜，第一直角棱镜和第二直角棱镜的在斜面处粘结为一体形成立方棱镜，第一直角棱镜的直角面与光轴垂直，第一直角棱镜的斜面与光轴成45度夹角，第一成像探测器垂直于第一直角棱镜斜面的反射光线，第二成像探测器垂直于立方棱镜的透射光线。
28.本发明的基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法包括如下步骤：
29.步骤一、搭建基于直角棱镜成像系统内拼接的视场扩大系统，
30.步骤二、沿光入射方向上的第一对直角棱镜成像系统装调步骤如下：
31.首先，将大视场光学镜头调焦放置于理论调焦无穷远位置，同轴点放置于第一成像传感器的靶面的一侧边界中心，观测无穷远目标清晰后，旋转光学镜头将第一成像传感器扫平；
32.然后，将第二成像传感器的靶面另一侧边界中心定位为镜头的第二个同轴点，旋转第二成像传感器将第二成像传感器扫平；
33.步骤三、如果为直角棱镜成像系统多对时，其余每对直角棱镜成像系统重复步骤二的装调步骤；
34.步骤四、观测每个成像传感器图像，以第一成像传感器图像为基准，将第一成像传感器图像与剩余成像传感器图像拼接；
35.步骤五、拼接完成后进行所有成像传感器扫平，检查内拼接效果。
36.如图2所示为基于双直角棱镜成像系统内拼接的视场扩大系统。
37.在一些实施例中，所述的每对直角棱镜成像系统中的两个直角棱镜完全相同。
38.在一些实施例中，所述的直角棱镜成像系统为多对时，在光轴上相邻的两对直角棱镜的斜面成90度角。
39.在一些实施例中，所述的成像传感器的分辨率为640
×
512pixel。
40.在一些实施例中，步骤五具体为将目标扫进第一成像传感器成像，然后左右移动两个点以上，将目标扫进第二传感器成像，然后左右移动两个点以上，重复上述步骤进行剩余成像传感器成像，对比所有移动点的垂直像元是否相等，相等则完成内拼接效果检查。
41.实施例1
42.本实施例中的待拼接光学镜头参数如下：可见光波段、焦距200至1000mm连续变焦，ccd靶面像元数1280
×
512。
43.本实施例中的待拼接相机参数如下：相机a、相机b像元数640
×
512，像元尺寸:3μm。
44.如图1所示，基于双直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法，具体包括如下步骤：
45.步骤一：搭建如图2所示的基于双直角棱镜成像系统内拼接的视场扩大系统；
46.步骤二：直角棱镜成像系统装调步骤如下：
47.装调相机a，首先将镜头调焦放置于理论调焦无穷远位置，同轴点放置于相机a的ccd靶面的最右侧边界中心640、256处，观察无穷远目标清晰后，通过旋转镜头的方式将相机a扫平。
48.装调相机b，首先将相机b的ccd靶面最左侧边界中心0、256处，定位镜头的第二个同轴点，再通过旋转相机b整体的方式对ccd进行扫平。
49.步骤三：通过显示器同时观察相机a与相机b的两组图像，以相机a靶面640、256点为基准，将相机b的图像与相机a进行拼接，此时可将相机a的同轴点作为参照，此过程中通过调整相机修模垫片的方式来加高或是降低相机b的高度，以此完成双相机内拼接。
50.步骤四：拼接完成后，通过小角度扫平的方式来进行双相机扫平检查：首先将目标扫进相机a的ccd，画面左右轻微移动两个点，以检查扫平效果，设两个点垂直分别是y和y1，
同样的方式检查相机b，设两个点垂直像元分别是x和x1，实测y＝y1＝x＝x1＝172，说明扫平结果符合要求，至此完成双相机内拼接工作。
51.如图3所示，左侧为拼接前的相机a图像，右侧为相机a和相机b图像拼接后形成的图像，对比可知拼接后重叠度高。
52.为进一步验证拼接效果，实施例1中将两相机的白平衡不统一，拼接后如图4所示，拼接线周边无错位。将相机a图像和相机b图像进行重叠，重叠后如图5所示，重叠痕迹在1像元以内，肉眼无法分别。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多种实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、搭建基于直角棱镜成像系统内拼接的视场扩大系统，所述的视场扩大系统包括位于光轴上的一对及多对直角棱镜成像系统，每个直角棱镜成像系统包括一个成像传感器和一个直角棱镜；每对直角棱镜成像系统中在光入射方向上依次为第一直角棱镜和第二直角棱镜，第一直角棱镜和第二直角棱镜的在斜面处粘结为一体形成立方棱镜，第一直角棱镜的直角面与光轴垂直，第一直角棱镜的斜面与光轴成45度夹角，第一成像探测器垂直于第一直角棱镜斜面的反射光线，第二成像探测器垂直于立方棱镜的透射光线；步骤二、沿光入射方向上的第一对直角棱镜成像系统装调步骤如下：首先，将大视场光学镜头调焦放置于理论调焦无穷远位置，同轴点放置于第一成像传感器的靶面的一侧边界中心，观测无穷远目标清晰后，旋转光学镜头将第一成像传感器扫平；然后，将第二成像传感器的靶面另一侧边界中心定位为镜头的第二个同轴点，旋转第二成像传感器将第二成像传感器扫平；步骤三、如果为直角棱镜成像系统多对时，其余每对直角棱镜成像系统重复步骤二的装调步骤；步骤四、观测每个成像传感器图像，以第一成像传感器图像为基准，将第一成像传感器图像与剩余成像传感器图像拼接；步骤五、拼接完成后进行所有成像传感器扫平，检查内拼接效果。2.如权利要求1所述的基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法，其特征在于，所述的每对直角棱镜成像系统中的两个直角棱镜完全相同。3.如权利要求1所述的基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法，其特征在于，所述的直角棱镜成像系统为多对时，在光轴上相邻的两对直角棱镜的斜面成90度角。4.如权利要求1所述的基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法，其特征在于，所述的成像传感器的分辨率为640
×
512pixel。5.如权利要求1所述的基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法，其特征在于，步骤五具体为将目标扫进第一成像传感器成像，然后左右移动两个点以上，将目标扫进第二成像传感器成像，然后左右移动两个点以上，重复上述步骤进行剩余成像传感器成像，对比所有移动点的垂直像元是否相等，相等则完成内拼接效果检查。

技术总结
本发明提供的基于直角棱镜成像系统内拼接的光机装调方法，首先搭建基于直角棱镜成像系统内拼接的视场扩大系统，再沿光入射方向依次装调直角棱镜成像系统，再观测每个成像传感器图像，以第一成像传感器图像为基准，将第一成像传感器图像与剩余成像传感器图像拼接；最后拼接完成后进行所有成像传感器扫平，检查内拼接效果，本发明的方法提升校正和拼接的速度和精度，达到了实时性，高精度的实现了大视场实时成像的目的。实时成像的目的。实时成像的目的。


技术研发人员：赵记彤 程路超 张健 闫佳钰 王成龙 张春林 刘震宇 余毅
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15