专利名称：一种标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法
技术领域：
本发明属于光电测量技术领域，涉及一种标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之 间距离的方法。
背景技术：
光电测量方法是现阶段应用最多的精密测量方法，广泛应用于航天、航海、卫星测 绘等国防建设以及工业制造和日常生活中。光电测量系统种类繁多，许多跟瞄类光电测量 系统都是把光学镜头固定在跟踪架上，在测量过程中跟踪架带动光学镜头转动对目标进行 扫描和测量。跟踪架有单轴、双轴、三轴等几种，因为单轴跟踪架相对于多轴跟踪架来说具 有结构简单、精度高等优点，在许多测量系统中用的都是单轴跟踪架。在理想的单轴跟踪 架光电测量系统中光学镜头的光节点在跟踪架的旋转轴上，这样有利于提高系统的测量精 度。但是在实际应用中由于机械加工、光学加工、机械装调、光学装调等误差，使得光学镜头 节点很难在跟踪架的旋转轴上，并且很多时候它们之间的误差比较大，这给测量系统带来 较大的误差。为了提高测量系统的测量精度，消除光学镜头光节点与旋转轴之间距离带来 的误差，这就需要精确标定出这个距离，把标定出的距离值带入测量系统中进行误差消除。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷，本发明提供一种标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴 之间距离的方法，该方法标定精度高，能够极大的提高仪器的测量精度。本发明解决技术问题所采取的技术方案如下一种标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法，包括如下步骤1)将线阵CCD安装在光学镜头的像面上，安装时使光学镜头的光轴和转台的旋转 轴相交于一点，根据光学成像理论，建立计算光学镜头光节点与转台旋转轴之间距离的数 学模型；2)利用两台莱卡经纬仪建立交汇测量直角坐标系，并根据交汇测量系统和光电测 量系统精确测量出数学模型中需求的已知量，包括下面三个步骤i)由交汇测量系统测得物高A1A2线段的长度、转台的旋转轴与激光目标架(1)长 边AB之间的距离h、长边AB的线段长度d ；ii)由光电测量系统测得角AOB的角度α的值、线段Al' Α2 ‘的长度和线段 Bi' Β2'的长度；iii)根据光学成像公式 AlA2*f = Ra*Al' A2'和 BlB2*f = Rb*Bl ‘ B2'，由已 知的光学镜头焦距f，可求得线段Ra和Rb的长度；3)根据步骤1)建立的数学模型，得公式(Ra+R0)*(Rb+R0)*sina = d*h，结合步 骤2)测得的已知量，利用数学处理软件对数据进行处理，从而得到光学镜头的光节点与转 台的旋转轴之间的距离R0，完成标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法；上述步骤中，A表示第一激光器Al、第二激光器A2投影的重合点，B表示第三激光器Bi、第四激光器B2投影的重合点，Al'、A2'、B1'、B2'分别表示激光目标架上的四个 激光器々1^2、81、82在线阵C⑶上的成像，0表示转台旋转轴的投影点，Ra表示线段OlA 的长度，Rb表示线段02B的长度，RO表示线段001或线段002的长度，h表示线段OC的长度。本发明的有益效果是该方法通过光学成像理论、交汇测量系统等，对单轴跟踪架 光电测量系统的光学镜头光节点与跟踪架转轴之间的距离进行标定，标定精度高，能够极 大的提高仪器的测量精度，具有较大的使用价值。
图1为本发明光电测量系统的结构示意图。图2为本发明光电测量系统原理的光路图。图3为图1俯视状态下的光电测量系统原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细说明。如图1所示，本发明采用的光电测量系统主要由激光目标架1、光学镜头2、线阵 CXD 3、转台4、光电编码器5组成；所采用的交汇测量系统是由两台莱卡经纬仪通过专用软 件建立的测量系统。本发明标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法如下1)把线阵CXD 3安装在光学镜头2的像面上，由于转台4的台面和光学镜头2都 是圆形，可以根据对称性，在安装时使光学镜头2的光轴和转台4的旋转轴相交于一点；根 据光学成像理论建立一个计算单轴跟踪架光电测量系统中光学镜头光节点与跟踪架转轴， 即转台4的旋转轴之间距离的数学模型如图3所示；2)利用两台莱卡经纬仪建立交汇测量直角坐标系，并根据交汇测量系统和光电测 量系统精确测量出数学模型中需求的已知量i)由交汇测量系统可以测得图2中的A1A2 线段的长度(即物高)、图3中线段OC的长度(即h的长度)、图3中线段AB的长度(即d 的长度)，其中，A表示第一激光器Al、第二激光器A2投影的重合点，B表示第三激光器Bi、 第四激光器B2投影的重合点，0表示转台4旋转轴的投影点；ii)由光电测量系统可以测得 图3中角AOB的角度(即α的值)和图2中线段Al' Α2'和线段Bl' Β2'的长度(其 中Al'、A2' ,Bl'、Β2'分别表示激光目标架1上的激光器Α1、Α2、Β1、Β2在线阵CXD 3上 成的像)，在图2中光学镜头2的焦距f是已知的，由光学成像公式AlA2*f = Ra*Al' A2' 和BlB2*f = Rb*Bl' B2'可以求得线段Ra和Rb的长度，在图3中线段OlA的长度(即Ra 的长度)、线段02B的长度(即Rb的长度)；3)由图3可得(Ra+R0) * (Rb+R0) *sin α = d*h，利用专用数学处理软件，如 matlab，origin等，和数学模型对数据进行处理，从而得到单轴跟踪架光电测量系统中光学 镜头光节点与跟踪架转轴之间的距离R0，即图3中线段001或线段002的长度。
权利要求
一种标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤1)将线阵CCD(3)安装在光学镜头(2)的像面上，安装时使光学镜头(2)的光轴和转台(4)的旋转轴相交于一点，根据光学成像理论，建立计算光学镜头光节点与转台(4)旋转轴之间距离的数学模型；2)利用两台莱卡经纬仪建立交汇测量直角坐标系，并根据交汇测量系统和光电测量系统精确测量出数学模型中需求的已知量，包括下面三个步骤i)由交汇测量系统测得物高A1A2线段的长度、转台(4)的旋转轴与激光目标架(1)长边AB之间的距离h、长边AB的线段长度d；ii)由光电测量系统测得角AOB的角度α的值、线段A1′A2′的长度和线段B1′B2′的长度；iii)根据光学成像公式A1A2*f＝Ra*A1′A2′和B1B2*f＝Rb*B1′B2′，由已知的光学镜头焦距f，可求得线段Ra和Rb的长度；3)根据步骤1)建立的数学模型，得公式(Ra+R0)*(Rb+R0)*sinα＝d*h，结合步骤2)测得的已知量，利用数学处理软件对数据进行处理，从而得到光学镜头(2)的光节点与转台(4)的旋转轴之间的距离R0，完成标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法；上述步骤中，A表示第一激光器A1、第二激光器A2投影的重合点，B表示第三激光器B1、第四激光器B2投影的重合点，A1′、A2′、B1′、B2′分别表示激光目标架(1)上的四个激光器A1、A2、B1、B2在线阵CCD(3)上的成像，O表示转台(4)旋转轴的投影点，Ra表示线段O1A的长度，Rb表示线段O2B的长度，R0表示线段OO1或线段OO2的长度，h表示线段OC的长度。
2.如权利要求1所述的标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法，其特征 在于，步骤3)所述的数学处理软件为matlab或origin。
3.如权利要求1所述的标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法，其特征 在于，步骤2)所述的光电测量系统由光学镜头(2)、线阵CCD(3)、转台(4)和光电编码器(5)组成。
全文摘要
本发明标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法属于光电测量领域，该方法包括1)根据光学成像理论建立计算单轴跟踪架光电测量系统中光学镜头光节点与跟踪架转轴之间距离的数学模型；2)利用交汇测量系统和测量装置精确测量出数学模型中需求的已知量；3)利用专用数学处理软件和数学模型对数据进行处理，从而得到单轴跟踪架光电测量系统中光学镜头光节点与跟踪架转轴之间的距离。本发明的方法标定精度高，能够极大的提高仪器的测量精度，具有较大的使用价值。
文档编号G01B11/00GK101929841SQ20101026731
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者刘畅, 刘绍锦, 李建荣, 沈铖武, 王志乾, 耿天文, 赵雁 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所