一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鏡頭參數(shù)檢測(cè)技術(shù)，尤其是涉及一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法。其主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的遠(yuǎn)景攝影系統(tǒng)畸變測(cè)量程序復(fù)雜，操作難度大，精度低等的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明包括通過(guò)將分劃板置于大視場(chǎng)角平行光管的物方焦平面上，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處的分劃板的虛像，該虛像經(jīng)過(guò)被測(cè)鏡頭后，在被測(cè)鏡頭的焦平面上成一個(gè)分劃板實(shí)像，利用數(shù)字圖像處理軟件根據(jù)分劃板上各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)實(shí)際像點(diǎn)位置和理想像點(diǎn)的位置偏差，得到對(duì)應(yīng)各個(gè)視場(chǎng)角的鏡頭畸變量。
【專利說(shuō)明】 一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鏡頭參數(shù)檢測(cè)技術(shù)，尤其是涉及一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]平行光管(collimator)是指用來(lái)獲取來(lái)自無(wú)限遠(yuǎn)的平行光束的光學(xué)系統(tǒng)。
[0003]鏡頭是指用來(lái)完成對(duì)景物成像的光學(xué)系統(tǒng)。
[0004]畸變(distortion)是光學(xué)成像系統(tǒng)主光線的像差,主光線是指光束的中心線,像差是指光學(xué)成像系統(tǒng)實(shí)際像與理想像之間的差異?；兪怯捎诔上裣到y(tǒng)焦平面上不同區(qū)域?qū)τ跋竦姆糯舐什煌纬傻漠?huà)面扭曲變形現(xiàn)象，畸變的存在會(huì)影響景物成像的質(zhì)量，對(duì)鏡頭畸變的校準(zhǔn)首先需要對(duì)鏡頭的畸變進(jìn)行測(cè)量。
[0005]目前國(guó)內(nèi)外用來(lái)測(cè)評(píng)光學(xué)系統(tǒng)成像畸變的設(shè)備大致可分為兩類:精密測(cè)長(zhǎng)法和精密測(cè)角法。精密測(cè)長(zhǎng)法是指，將網(wǎng)格板放置在被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的前面，使被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的光軸垂直網(wǎng)格板并通過(guò)其中心，記錄網(wǎng)格在像平面上的圖案，用精密的測(cè)量?jī)x測(cè)量出各不同視場(chǎng)角位置上的目標(biāo)像到中心的距離。例如在專利US5812260、US5471297、JPl 123726中描述的裝置。
[0006]精密測(cè)角法是指，測(cè)量時(shí)將標(biāo)定過(guò)的網(wǎng)格板精確地安置在鏡頭焦面上，并且使其刻劃中心與光軸重合，轉(zhuǎn)動(dòng)精密轉(zhuǎn)臺(tái)使其上的網(wǎng)格板各刻線到測(cè)量位置，在網(wǎng)格板的像方共軛位置使用CCD相機(jī)觀測(cè)，測(cè)量網(wǎng)格板上不同刻線的實(shí)際像對(duì)應(yīng)的角度。例如專利CN202522395中描述的裝置。
[0007]精密測(cè)長(zhǎng)法適用于近景攝影系統(tǒng)，網(wǎng)格板的制作成本高，對(duì)于大視場(chǎng)角的光學(xué)系統(tǒng)需要一個(gè)巨大的網(wǎng)格板。對(duì)于遠(yuǎn)景攝影系統(tǒng)，如航空相機(jī)的畸變測(cè)試，更要求相機(jī)從高空拍攝地面的定點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)測(cè)量，測(cè)試程序復(fù)雜，操作不便，且試驗(yàn)占用場(chǎng)地大，受人為干擾因素多，地面大量靶標(biāo)布設(shè)和維護(hù)不易，結(jié)果容易受飛行穩(wěn)定性、天氣等影響。精密測(cè)角法要求一個(gè)精密角控制的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，其測(cè)量精度不高并且測(cè)試設(shè)備不宜攜帶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是提供一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法，其主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的遠(yuǎn)景攝影系統(tǒng)畸變測(cè)量程序復(fù)雜，操作難度大，精度低等的技術(shù)問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的:
本發(fā)明的一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法，包括:通過(guò)將分劃板置于大視場(chǎng)角平行光管的物方焦平面上，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處的分劃板的虛像，該虛像經(jīng)過(guò)被測(cè)鏡頭后，在被測(cè)鏡頭的焦平面上成一個(gè)分劃板實(shí)像，利用數(shù)字圖像處理軟件根據(jù)分劃板上各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)實(shí)際像點(diǎn)位置和理想像點(diǎn)的位置偏差，得到對(duì)應(yīng)各個(gè)視場(chǎng)角的鏡頭畸變量。
[0010]本發(fā)明采用的裝置由分劃板、大視場(chǎng)角平行光管、成像元件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字圖像處理軟件組成。
[0011]作為優(yōu)選，所述的分劃板置于大視場(chǎng)角平行光管的物方焦平面上，分劃板上的網(wǎng)格點(diǎn)在像方獲得對(duì)應(yīng)的平行光線，在像方實(shí)現(xiàn)了一個(gè)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處的分劃板的虛像。
[0012]作為優(yōu)選，所述的分劃板虛像上對(duì)各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)代表的相對(duì)視場(chǎng)角(相對(duì)于畸變中心點(diǎn)的水平角和豎直角)進(jìn)行標(biāo)識(shí)記錄。
[0013]作為優(yōu)選，所述的數(shù)字圖像處理軟件的處理步驟包括:根據(jù)各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的水平角和豎直角計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)通過(guò)被測(cè)系統(tǒng)后的理想像點(diǎn)位置，通過(guò)對(duì)采集的分劃板的實(shí)像進(jìn)行圖像識(shí)別，獲得各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的實(shí)際像點(diǎn)的位置，并計(jì)算實(shí)際像點(diǎn)和理想像點(diǎn)的位置偏差，即對(duì)應(yīng)各個(gè)視場(chǎng)角的鏡頭畸變量。
[0014]因此，本發(fā)明具有系統(tǒng)體積小，攜帶方便，成本低，計(jì)算速度快，計(jì)算結(jié)果可信度高，測(cè)試簡(jiǎn)單，解決了大視場(chǎng)遠(yuǎn)景拍攝系統(tǒng)的光學(xué)畸變測(cè)量問(wèn)題，克服了傳統(tǒng)測(cè)試方式中網(wǎng)格板制作難度大、測(cè)量精度不高的問(wèn)題，克服航空相機(jī)測(cè)量只能飛行測(cè)試的問(wèn)題等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]附圖1是本發(fā)明的原理框圖；
附圖2是本發(fā)明中 分劃板圖；
附圖3是分劃板經(jīng)過(guò)大視場(chǎng)角平行光管后的虛像圖；
附圖4是平行光線經(jīng)過(guò)被測(cè)鏡頭后在其焦平面上成的實(shí)像圖；
附圖5平行光線經(jīng)過(guò)被測(cè)鏡頭后在其焦平面上成的理想像圖；
附圖6是本發(fā)明的軟件處理流程圖。
[0016]圖中零部件、部位及編號(hào):分劃板1、大視場(chǎng)角平行光管2、成像元件4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器
6、數(shù)字圖像處理軟件7。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0018]實(shí)施例:本例的一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法，其使用的裝置由分劃板1、大視場(chǎng)角平行光管2、成像元件4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器6和數(shù)字圖像處理軟件7組成；其步驟為:
如圖2所示，本發(fā)明中的分劃板I包含被細(xì)分的網(wǎng)格，交錯(cuò)的網(wǎng)格格點(diǎn)用于精確定位；分劃板I置于大視場(chǎng)角平行光管的物方焦平面上，在大視場(chǎng)角平行光管像方形成一個(gè)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處的分劃板的虛像，如圖3所示；
分劃板I上的網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)于的一組固定視場(chǎng)角(α，β )的平行光線，其中α為相對(duì)于畸變中心點(diǎn)O Utl=O, ^tl=O)的水平視場(chǎng)角，β為相對(duì)于O點(diǎn)的垂直視場(chǎng)角，該視場(chǎng)角可以用經(jīng)緯儀等測(cè)量工具測(cè)得，如P點(diǎn)處的視場(chǎng)角為(α1=5°，β1=6° );
無(wú)窮遠(yuǎn)處的分劃板的虛像經(jīng)過(guò)被測(cè)鏡頭3再次成像后，在被測(cè)鏡頭3的焦平面的成像元件4上成一個(gè)分劃板實(shí)像(如附圖4所示)，成像元件4采集獲得分劃板實(shí)像的模擬信號(hào)5，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器6轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像；
數(shù)字圖像處理軟件7的處理流程如附圖6所示:首先，如圖4，在獲得分劃板實(shí)像后，數(shù)字圖像處理軟件7需要確定每個(gè)網(wǎng)格交叉點(diǎn)成像后的實(shí)際位置，即針對(duì)圖像特征計(jì)算潛在的十字中心點(diǎn)，判斷排除虛假十字絲；其次，數(shù)字圖像處理軟件7通過(guò)計(jì)算確定畸變中心點(diǎn)位置O, (x0=0, y0=0, α0=0。，β 0=0° )和每個(gè)網(wǎng)格交叉點(diǎn)的坐標(biāo)位置,如P ζ (X1=UOO,Y1=HOO, α1=5°，β1=6° )，其中1。，7。，X1, Y1分別為點(diǎn)(K和點(diǎn)P ,在圖4上的像素點(diǎn)坐標(biāo)的X值和y值；第三，數(shù)字圖像處理軟件7通過(guò)每個(gè)交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)角計(jì)算得到該點(diǎn)的理想像點(diǎn)位置P〃( x2=1170，y2=1350, α =5°，β 1=6° )，如如附圖5所示；最后，數(shù)字圖像處理軟件7計(jì)算實(shí)際像點(diǎn)和理想像點(diǎn)的位置偏差，即對(duì)應(yīng)各個(gè)視場(chǎng)角的鏡頭畸變量，用相對(duì)畸變q來(lái)表不:
qx= (x「X2)/ X2X 100% = 2.56%,
Qy= (yr y2) / y2X 100% = 3.70%,
其中qx，Qy分別為鏡頭在X軸和I軸上的畸變分量。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi) ，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法，其特征在于所述的方法包括:通過(guò)將分劃板置于大視場(chǎng)角平行光管的物方焦平面上，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處的分劃板的虛像，該虛像經(jīng)過(guò)被測(cè)鏡頭后，在被測(cè)鏡頭的焦平面上成一個(gè)分劃板實(shí)像，利用數(shù)字圖像處理軟件根據(jù)分劃板上各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)實(shí)際像點(diǎn)位置和理想像點(diǎn)的位置偏差，得到對(duì)應(yīng)各個(gè)視場(chǎng)角的鏡頭畸變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法，其特征在于所述的分劃板置于大視場(chǎng)角平行光管的物方焦平面上，分劃板上的網(wǎng)格點(diǎn)在像方獲得對(duì)應(yīng)的平行光線，在像方實(shí)現(xiàn)了一個(gè)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處的分劃板的虛像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法，其特征在于所述的分劃板虛像上對(duì)各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)代表的相對(duì)視場(chǎng)角進(jìn)行標(biāo)識(shí)記錄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大視場(chǎng)角平行光管的鏡頭畸變測(cè)量方法，其特征在于所述的數(shù)字圖像處理軟件的處理步驟包括:根據(jù)各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的水平角和豎直角計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)通過(guò)被測(cè)系統(tǒng)后的理想像點(diǎn)位置，通過(guò)對(duì)采集的分劃板的實(shí)像進(jìn)行圖像識(shí)別，獲得各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的實(shí)際像點(diǎn)的位置，并計(jì)算實(shí)際像點(diǎn)和理想像點(diǎn)的位置偏差，即對(duì)應(yīng)各個(gè)視場(chǎng)角的鏡頭畸變量。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103994875SQ201410077968
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】周盛民, 朱漢民 申請(qǐng)人:浙江悍馬光電設(shè)備有限公司