專利名稱：光電系統快速自校準用標準綜合靶板和測量方法
光電系統快速自校準用標準綜合靶板和測量方法本發明光電系統檢測領域，主要涉及一種激光輻照致瞬時輻射高分辨率可見光圖像和紅外圖像的標準綜合靶板，尤其涉及一種具有金屬膜上刻蝕孔陣且填充微納米顯示粉圖案的標準綜合靶板及其光電系統的校正函數、分辨率、照射精度、跟蹤角速度、跟蹤精度的快速測量方法。
背景技術：
光電系統通常由光電傳感器、穩定平臺和控制與處理單元組成，光電傳感器通常包括不同輻射波段的多個光學系統及其探測器；光電系統對不同輻射波段的目標實施周視探測和跟蹤且輸出數字圖像，對這些數字圖像和光電系統性能的快速校正、光軸校準和跟蹤精度測量，需要標準綜合祀板。傳統的對光電系統的像質評價方法是對不同輻射波段的光學系統分輻射波段進行像質評價，采用各自輻射波段對應材質的不同規格的多組標準靶板成像進行分析評價，標準靶板的圖案采用不同粗細的條形線對縱橫交錯排布，評價時將標準靶板放置于光學系統的遠場(平行光管的焦平面上或遠距離處)進行測量，光學系統對不同粗細的條形線對逐個成像，根據視場中圖像的條形線對清晰程度目視判斷光學系統的分辨率，根據視場中圖像的條形線對的筆直程度判斷光學系統的形變，對光學系統進行調試修正；這種方法過程復雜，計算數據量大，光電系統快速維護受到限制，還有因測量人員的個體目視水平差異帶來誤差，且無法準確定量計算，測量結果無法直接用于對實測目標圖像的校正；傳統的對光電系統的激光照射精度測量采用先瞄準十字靶板的十字線中心，再發射激光，然后用光斑跟蹤儀測量激光光斑中心與靶板上十字線中心的偏差量，該偏差量除以光電系統到十字靶板的距離，獲得照射精度，這種方法的測量結果包含了光電系統的瞄準誤差，對操作人員的要求高；傳統的對光電系統·的跟蹤角速度測量采用對設定運動速度的目標瞄準且鎖定跟蹤，根據跟蹤情況進行實測評價，這種測量方法對測量場地和目標速度有較高要求，很難快速對跟蹤角速度進行測量；專利號:ZL200710081409.0《多波段多光軸光電系統光軸校準用校軸靶》公開了一種基于光纖棒端面抗激光福射的校準祀面，其特征在于光纖棒前端面均處在同一個平面內且徑向緊鄰構成靶面，在遠離靶面一端各光纖棒之間的縫隙中填充顯示粉。該專利適用于高功率密度高重復頻率激光輻射的光電系統校準，對較弱功率激光輻照致瞬時紅外輻射亮度不足。國家發明專利申請號:2008102326185《載體光電系列動態自校準用校準方法和標準靶板》公開了一種由激光致瞬時發光、發熱材料制成的圓孔與圓環陣列圖案的標準靶板，該圓孔與環陣列圖案適合目視判斷，測量速度受到限制。
發明內容
本發明要解決的第一個技術問題是，針對光電系統數字圖像的快速校正用標準靶板的不足，提供一種基于脈沖激光輻照致瞬時反射、輻射高分辨率可見光和紅外圖像的標準綜合靶板。本發明要解決的第二個技術問題是，針對光電系統數字圖像快速校正方法的不足，提供一種基于標準綜合靶板的數字圖像校正函數、分辨率的測量方法。本發明要解決的第三個技術問題是，針對光電系統激光照射精度、跟蹤角速度、跟蹤精度測量方法的不足，提供一種基于標準綜合祀板的激光照射精度、跟蹤角速度、跟蹤精度的測量方法。為解決上述技術問題，本發明提供的光電系統校正用標準綜合靶板包括基板、圖案、基底、壓圈，依次緊壓封裝在一個殼體內，其特征在于:所述基板是激光、可見光、紅外輻射透射的光學平板，所述圖案由附著在基板上的金屬膜層、微納米顯示粉組成，所述金屬膜層是單層金屬膜或多層金屬膜，多層金屬膜的熔點從緊靠基板逐漸降低且熱導率逐漸增大，金屬膜上刻蝕直徑相同的圓形通孔陣列，相鄰的圓形通孔中心構成正三角形，相鄰圓形通孔之間的三角形區域金屬膜將各個圓形通孔隔離，且三角形的角尖處逐漸變細且相互連接，構成圖案的最細處，其線條的寬度W等于圓形通孔間距減去圓形通孔直徑，該三角形區域構成對激光輻照反射激光圖像和瞬時輻射紅外圖像的區域，所述微納米顯示粉填充在圓形通孔內，是對激光輻照轉換成可見光的微納米顆粒粉料，所述基底為金屬平板，緊靠圖案的一面為光面；所述殼體為一端有底的空心管，且底上有通孔；所述壓圈與殼體固連；激光穿過基板輻照圖案，圖案中的三角形區域金屬膜反射和吸收激光能量，吸收的激光能量使金屬膜的溫度迅速升高，同時輻射紅外圖像，微納米顯示粉吸收激光能量輻射可見光圖像，緊壓圖案的基底光面上的微觀結構頂端與圖案的金屬膜緊壓，構成快速熱傳導通道，使金屬膜受激光輻照導致溫升的熱量快速傳導到基底上，紅外輻射和熱傳導使金屬膜的溫度快速降低，紅外輻射圖像快速變化直至消失，實現激光光斑的瞬時輻射紅外圖像。本發明還包括數字圖像校正函數、分辨率測量方法，其測量步驟:①將所述標準靶板放置在被測光學系統的遠場(平行光管的焦平面上或遠距離處)；②光電系統的激光器發射激光照射標準靶板，激光穿過基板輻照圖案，圖案的三角形金屬膜反射激光，形成由亮三角形和暗圓孔互補陣列構成的激光光斑圖像，光電系統的激光接收器接收該圖像；圖案的三角形金屬膜吸收激光，溫度迅速升高，同時輻射由亮三角形和暗圓孔互補陣列構成的激光光斑的紅外輻射圖像，光電系統的紅外熱像儀接收該圖像；微納米顯示粉吸收激光能量，輻射由亮圓孔和暗三角形互補陣列構成激光光斑的可見光輻射圖像，光電系統的可見光電視接收該圖像；③光電系統接收的圖像經數-模轉換，變成數字圖像并存儲在計算機中；④求取數字圖像校正函數，以圖像中的三角形陣列為樣本,求取三角形陣列中每一個三角形的幾何中心T(Xi，yi)，i = 1,2,…，N，N是三角形的個數，計算相鄰三角形幾何中心的距離Ln、Li2, Li3，并求出所有相鄰三角形幾何中心T(Xi，Yi)之間距離的平均值Z，依據ITljLyZ=I對圖像中所有三角形幾何中心逐一進行校正，其中:i = 1,2,…，N，j = 1,2,3，對相鄰三角形的 幾何中心T (Xpyi)之間的像素的校正采用插值法，建立圖像校正函數r ;以圖像中的圓孔為樣本，求取圓孔陣列中每一個圓孔的幾何中心C(Xyyi)，i = 1，2，…，N，N是圓孔的個數，計算相鄰圓孔幾何中心的距離Dn、Di2、Di3、Di4, Di5, Di6,并求出所有相鄰圓孔幾何中心C(Xi，Yi)之間距離的平均值萬，依據SljDu/D=l對圖像中所有圓孔幾何中心c(Xi，Yi)逐一進行校正，其中:1 = 1,2,…，N，j = 1，2，3，4，5，6，對相鄰圓孔的幾何中心C(Xi，Yi)之間的像素的校正采用插值法，建立圖像校正函數s ;將數字圖像校正函數r、校正函數s存儲在計算機中，以備對光電系統實測圖像校正時調用；⑤在三角形陣列中畫直線，求取最長直線Lmax,計算a = LmJL,0<α ^(3-V3 )，其中L = MAX (Lil, Li2, Li3);對標準綜合靶板放置在平行光管的焦距為f焦平面上的情況，當1<α < (3-士)時，光電系統的分辨率優于標準綜合靶板最細處線條寬度w,用弧度表述等于Θ =w/f，i0< a < I時,根據通孔之間的三角形幾何計算獲得圖像中三角形角尖處對應的金屬膜的實際寬度d，用弧度表述的分辨率值等于Θ = d/f ;對標準綜合靶板放置在遠距離R處的情況，當a ^(3-V3 )時，光電系統的分辨率優于標準綜合靶板最細處線條寬度W，光電系統的分辨率用弧度表述Θ = w/R,當O < a < I時，根據通孔之間的三角形幾何計算獲得圖像中三角形角尖處對應的金屬膜的實際寬度d，光電系統的分辨率用弧度表述的分辨率值 = d/R。本發明還包括光電系統激光照射精度測量方法，其測量步驟:① ③與數字圖像校正函數、分辨率測量相同；④求取數字圖像中激光光斑的幾何中心坐標M(x，y)，通過標準綜合靶板上通孔間距與數字圖像中標準綜合靶板的通孔間距的對應關系，測量標準綜合靶板上激光光斑的幾何中心坐標M(x，y)與可見光電視和紅外熱像儀的瞄準線十字中心坐標之間的距離m，對標準綜合靶板放置在平行光管的焦距為f焦平面上的情況，激光照射精度用弧度表述為β =m/f，對標準綜合靶板放置在遠距離R處的情況，激光光軸與可見光電視和紅外熱像儀光軸的軸間距n，光電系統激光照射精度用弧度表述為β = (m-n)/R。本發明還包括光電系統跟蹤角速度、跟蹤精度測量方法，其測量步驟:
①將所述標準綜合靶板放置在平行光管的焦平面附近，偏離焦平面距離為δ，δ遠小于平行光管的焦距f，且δ隨著被測光電系統的跟蹤角速度增大而增加，或者標準綜合靶板放置在遠距離R處；②光電系統瞄準標準綜合靶板，開啟穩定平臺的隨動開關，發射一列激光脈沖照射標準綜合靶板，光電系統的可見光電視和紅外熱像儀接收每一個激光脈沖的激光光斑在標準綜合靶板上的圖像Ti,并記錄每一個激光脈沖的發射時間ti;接收圖像經數-模轉換，變成數字圖像存儲在計算機中；③對圖像Ti，通過標準綜合靶板上通孔間距與數字圖像中標準綜合靶板的通孔間距的對應關系，測量標準綜合靶板上第i個激光光斑的幾何中心坐標M(Xi，Yi)與可見光電視和紅外熱像儀的瞄準線十字中心坐標0( ξ i; Jli)，對標準綜合靶板放置在平行光管的焦平面附近，跟蹤角速度P:
二 h' -<Ρ2 +(π,+\ -y,)2⑴跟蹤精度Φ:0=Vdx,)2 + U2(2)
f
對標準綜合靶板放置在遠距離R處，跟蹤角速度:
權利要求
1.一種標準綜合靶板，包括基板(I)、圖案(2)、基底(3)、壓圈(4)，依次緊壓封裝在一個殼體(5)內，其特征在于所述基板(I)是激光、可見光、紅外輻射透射的光學平板，所述圖案(2)由附著在基板(I)上的金屬膜層(21)、微納米顯示粉(22)構成，所述金屬膜層(21)是單層金屬膜或多層金屬膜，多層金屬膜的熔點從緊靠基板(I)逐漸降低且熱導率逐漸增大，所述金屬膜(21)上刻蝕直徑相同的通孔陣列，相鄰的通孔中心構成正三角形，相鄰通孔之間的三角形區域金屬膜將各個通孔隔離，且三角形的角尖處逐漸變細且相互連接，構成圖案(2)的最細處，其線條的寬度w等于通孔間距減去通孔直徑，該三角形區域構成對激光輻照反射激光圖像和瞬時輻射紅外圖像的區域，所述微納米顯示粉(22)填充在通孔內，是對激光輻照轉換成可見光的微納米粉料，所述基底(3)為金屬平板，緊靠圖案(2)的一面為光面；所述殼體(5)為一端有底的空心管，且底上有通孔；所述壓圈(4)與殼體(5)固連；激光穿過基板⑴輻照圖案(2)，圖案⑵中的三角形區域金屬膜(21)反射和吸收激光能量，吸收的激光能量使金屬膜(21)的溫度迅速升高，同時輻射紅外圖像，微納米顯示粉(22)吸收激光能量輻射可見光圖像，緊壓圖案(2)的基底(3)光面上的微觀結構頂端與圖案(2)的金屬膜(21)構成快速熱傳導通道，使金屬膜(21)受激光輻照導致溫升的熱量快速傳導到基底(3)上，紅外輻射和熱傳導使金屬膜(21)的溫度快速降低，紅外輻射圖像快速變化直至消失，實現激光光斑的瞬時輻射紅外圖像。
2.一種光電系統數字圖像校正函數、分辨率測量方法，其測量步驟 ①將所述標準綜合靶板放置在被測光電系統的光學系統的遠場(平行光管的焦平面上或遠距離處)； ②光電系統的激光器發射激光照射標準綜合靶板，激光穿過基板(I)輻照圖案(2)，圖案(2)的三角形金屬膜(21)反射激光，形成由亮三角形和暗圓孔互補陣列構成的激光光斑圖像，光電系統的激光接收器接收該圖像；圖案(2)的三角形金屬膜(21)吸收激光，溫度迅速升高，同時輻射由亮三角形和暗圓孔互補陣列構成的激光光斑的紅外輻射圖像，光電系統的紅外熱像儀接收該圖像；微納米顯示粉(22)吸收激光能量，輻射由亮圓孔和暗三角形互補陣列構成激光光斑的可見光輻射圖像，光電系統的可見光電視接收該圖像； ③光電系統接收的圖像經數-模轉換，變成數字圖像并存儲在計算機中； ④求取數字圖像校正函數，以圖像中的三角形陣列為樣本，求取三角形陣列中每一個三角形的幾何中心T (xi； Yi)，計算相鄰三角形幾何中心的距離Ln、Li2, Li3,并求出所有的N個相鄰三角形幾何中心T(Xi，yi)之間距離的平均值: ，依據I^LuA=I,其中i = 1,2,…，N，j = 1，2，3，對圖像中所有三角形幾何中心逐一進行校正，對相鄰三角形的幾何中心T (Xi，Yi)之間的像素的校正采用插值法，建立圖像校正函數r ;以圖像中的圓孔為樣本，求取圓孔陣列中每一個圓孔的幾何中心C(Xi，yi)，計算相鄰圓孔幾何中心的距離Dn、Di2、Di3、Di4、Di5、Di6，并求出所有的N個相鄰圓孔幾何中心C(Xi，Yi)之間距離的平均值D，依據SuDVd=I,其中i = 1,2,…，N，j = 1，2，3，4，5，6，對圖像中所有圓孔幾何中心C(Xi，Yi)逐一進行校正，對相鄰圓孔的幾何中心C(xi; Yi)之間的像素的校正采用插值法，建立圖像校正函數s ;將數字圖像校正函數r、校正函數s存儲在計算機中，以備對光電系統實測圖像校正時調用； ⑤在三角形陣列中畫直線，求取最長直線Lmax，計算α=1^_/1，0<0彡(3-7^)，其中L = MAX (Lil, Li2, Li3);對標準綜合靶板放置在平行光管的焦距為f焦平面上的情況，當I^a ^ (3-V3 )時，光電系統的分辨率優于標準綜合靶板最細處線條寬度《，用弧度表述等于 = w/f,當O < a < I時，根據通孔之間的三角形幾何計算獲得圖像中三角形角尖處對應的金屬膜(21)的實際寬度d，用弧度表述的分辨率值等于 =d/f;對標準綜合靶板放置在遠距離R處的情況，當a ^(3-V3 )時，光電系統的分辨率優于標準綜合靶板最細處線條寬度W，光電系統的分辨率用弧度表述 = w/R,當O < a < I時，根據通孔之間的三角形幾何計算獲得圖像中三角形角尖處對應的金屬膜的實際寬度d，光電系統的分辨率用弧度表述的分辨率值 = d/R。
3.一種光電系統激光照射精度測量方法，其測量步驟: ① ③與權利要求2相同； ④求取數字圖像中激光光斑的幾何中心坐標M(x，y)，通過標準綜合靶板上通孔間距與數字圖像中標準綜合靶板的通孔間距的對應關系，測量標準綜合靶板上激光光斑的幾何中心坐標M(x，y)與可見光電視和紅外熱像儀的瞄準線十字中心坐標之間的距離m，對標準綜合靶板放置在平行光管的焦距為f焦平面上的情況，激光照射精度用弧度表述為P =m/f,對標準綜合靶板放置在遠距離R處的情況，激光光軸與可見光電視和紅外熱像儀光軸的軸間距n，光電系統激光照射精度用弧度表述為P = (m-n)/R。
4.一種光電系統跟蹤角速度、跟蹤精度測量方法，其測量步驟: ①將所述標準綜合靶板放置在平行光管的焦平面附近，偏離焦平面距離為S，6遠小于平行光管的焦距f，且S隨著被測光電系統的跟蹤角速度增大而增加，或者標準綜合靶板放置在遠距離R處； ②光電系統瞄準標準綜合靶板，開啟穩定平臺的隨動開關，發射一列激光脈沖照射標準綜合靶板，光電系統的可見光電視和紅外熱像儀接收每一個激光脈沖的激光光斑在標準綜合靶板上的圖像Ti,并記錄每一個激光脈沖的發射時間接收圖像經數-模轉換，變成數字圖像存儲在計算機中； ③通過標準綜合靶板上通孔間距與數字圖像中標準綜合靶板的通孔間距的對應關系，測量標準綜合靶板上激光光斑的幾何中心坐標M(Xi，Yi)與可見光電視和紅外熱像儀的瞄準線十字中心坐標0( I i，Hi)，對標準綜合靶板放置在平行光管的焦平面附近，跟蹤角速度
全文摘要
本發明公開了一種光電系統快速自校準用標準綜合靶板及其測量方法，主要技術特點是，標準綜合靶板包括基板、圖案、基底、壓圈，依次緊壓封裝在一個殼體內，圖案由金屬膜上刻蝕的三角形分布通孔陣列填充微納米顯示粉構成；標準綜合靶板放置于被測光電系統的光學系統的遠場(平行光管的焦平面上或遠距離處)，光電系統瞄準標準綜合靶板發射激光，標準綜合靶板的圖案反射激光光斑圖像且瞬時輻射可見光、紅外的激光光斑圖像，被測光電系統接收并存儲數字圖像，計算數字圖像中通孔及三角形互補陣列的幾何中心和直線長度，與理論值比對獲得光電系統的數字圖像校正函數、分辨率、照射精度、跟蹤角速度、跟蹤精度參數。
文檔編號G01M11/00GK103256862SQ20121054432
公開日2013年8月21日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者南瑤, 李勤學, 候春屏, 賈選軍, 桑鵬, 劉瑞星, 常偉軍, 陳秀萍 申請人:中國兵器工業第二0五研究所