本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于全視角三維測(cè)量?jī)x的可見光光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

全自動(dòng)影像測(cè)量?jī)x能夠便捷而快速的進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量，滿足現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)尺寸檢測(cè)提出的更高速、更便捷、更精準(zhǔn)的測(cè)量需要，是解決制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸技術(shù)。全視角高精度三維測(cè)量?jī)x是一款大視場(chǎng)、高分辨率、工作距離范圍大的精密測(cè)角定位系統(tǒng)，其測(cè)角精度要求達(dá)到秒級(jí)精度。而光學(xué)系統(tǒng)作為該系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件之一，主要承擔(dān)著對(duì)目標(biāo)信息收集并精確測(cè)角的重要任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于全視角三維測(cè)量?jī)x的可見光光學(xué)系統(tǒng)，該可見光光學(xué)系統(tǒng)解決了廣角、長(zhǎng)焦、高分辨率、高精度遠(yuǎn)心等問(wèn)題，為全視角三維測(cè)量?jī)x的精確定位、角度測(cè)量提供了可用的光學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于全視角三維測(cè)量?jī)x的可見光光學(xué)系統(tǒng)，由低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭和線陣CMOS相機(jī)組成，線陣CMOS相機(jī)與低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭固定在一起，低畸變廣角光學(xué)鏡頭將搜集到的可見光圖像清晰成像在線陣CMOS相機(jī)焦面上。

本發(fā)明中，所述的低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭采用了F-Theta鏡頭結(jié)構(gòu)，低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭的焦距為26.07，是普通廣角成像物鏡焦距的3倍以上，為長(zhǎng)焦廣角成像物鏡，有利于提高單像素張角的分辨率，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精確定位。低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭的工作波段為480～650nm，視場(chǎng)角為90o，工作距離為3m～100m，最大遠(yuǎn)心度為0.137°，低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭的F數(shù)為4， MTF為0視場(chǎng)≥0.4（100lp/mm），0.7視場(chǎng)≥0.3（100lp/mm），低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭用于搜集可見光圖像，并清晰成像在線陣CMOS相機(jī)焦面上；

本發(fā)明中，所述的線陣CMOS相機(jī)為4×8192分辨率、5μm×5μm像元的大小的線陣傳感器，相當(dāng)于分辨率為5800×5800的面陣相機(jī)，線陣CMOS相機(jī)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，生成相應(yīng)強(qiáng)度的電信號(hào)輸出，生成可見光圖像，供后續(xù)圖像處理，從而實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)、高清晰、遠(yuǎn)距離目標(biāo)觀測(cè)及圖像采集。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)為90°大視場(chǎng)，采用高分辨率小像元的大尺寸線陣CMOS相機(jī)，信息接收范圍廣，視場(chǎng)內(nèi)的的信息總量為6.7×10⁷。

2、光學(xué)系統(tǒng)采用長(zhǎng)焦光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)，提高了單像素張角的分辨率。

3、系統(tǒng)遠(yuǎn)心度高，現(xiàn)測(cè)量精度不隨測(cè)量距離的改變而降低。

4、光學(xué)系統(tǒng)可在90°視場(chǎng)、3m～100m的超出景深范圍的工作距離內(nèi)使三維測(cè)量?jī)x的測(cè)角精度達(dá)到秒級(jí)精度，且不同視場(chǎng)的畸變保證線性偏差一致，這對(duì)光學(xué)系統(tǒng)提出了非常高的要求。

附圖說(shuō)明

圖1為可見光光學(xué)系統(tǒng)組成圖。

圖2為低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

如圖1所示，本發(fā)明提供的用于全視角三維測(cè)量?jī)x的可見光光學(xué)系統(tǒng)由低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭1和線陣CMOS相機(jī)2組成，線陣CMOS相機(jī)2與低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭1固定在一起，低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭1將搜集到的可見光圖像清晰成像在線陣CMOS相機(jī)2焦面上。

如圖2所示，所述的低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭1采用了F-Theta鏡頭結(jié)構(gòu)，使空間角解析度與相機(jī)元數(shù)和尺寸成正比。低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭1焦距為26.07，是普通廣角成像物鏡焦距的3倍以上，為長(zhǎng)焦廣角成像物鏡，有利于提高單像素張角的分辨率，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精確定位。工作波段為480～650nm，視場(chǎng)角為90o，工作距離為3m～100m，像面離焦量為0.2mm，當(dāng)系統(tǒng)遠(yuǎn)心度為1°時(shí)，在工作距離內(nèi)主光線產(chǎn)生的測(cè)角偏差為27″，當(dāng)系統(tǒng)遠(yuǎn)心度為0.1°時(shí)，產(chǎn)生的測(cè)角偏差為2.7″，最大遠(yuǎn)心度為0.137°，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度不隨測(cè)量距離的改變而降低，在不同工作距離內(nèi)測(cè)角精度一致，實(shí)現(xiàn)秒級(jí)測(cè)角精度。低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭1的F數(shù)為4， MTF為0視場(chǎng)≥0.4（100lp/mm），0.7視場(chǎng)≥0.3（100lp/mm），低畸變廣角成像光學(xué)鏡頭1用于搜集可見光圖像，并清晰成像在線陣CMOS相機(jī)2焦面上。

所述的線陣CMOS相機(jī)2為4×8192分辨率、5μm×5μm像元的大小的線陣傳感器，線陣CMOS相機(jī)2通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，生成相應(yīng)強(qiáng)度的電信號(hào)輸出，生成可見光圖像，供后續(xù)圖像處理，從而實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)、高清晰、遠(yuǎn)距離目標(biāo)觀測(cè)及圖像采集。