一种小型化微光夜视仪分辨力和视场测试系统的制作方法

1.本发明属于光学计量技术领域，涉及一种微光夜视仪参数测试系统，尤其涉及一种小型化微光夜视仪分辨力和视场测试系统。


背景技术：

2.微光夜视技术在未来高新技术局部战争和夜战中的作用地位变得更加突出和重要。夜战已成为高新技术常规局部战争的主要模式，占有极其重要的地位。微光夜视仪在全世界范围内大量生产，成像清晰、携带方便，已成为信息化战争夜战中必备的一种仪器，广泛应用于夜视单兵侦察、枪瞄、车载、机载等作战领域。
3.在微光夜视仪服役中，其现场使用、保养和维修等全寿命周期的各个环节，均需要小型化微光夜视仪测量系统对不同型号、不同用途的微光夜视仪参数进行现场测量和性能评价，为微光夜视仪使用、保养和维修提供快速准确的测量数据。
4.发明专利“微光夜视仪分辨率自动检测方法和装置(zl201510988632.8)”，提供了一种微光夜视仪分辨率自动检测方法，涉及了一种微光夜视仪分辨率自动检测装置，包括光源、分辨力靶板，平行光管物镜、图像采集系统和分辨率识别系统。另外，国内研制了多台实验室用微光夜视仪测量装置，一般构成包括积分球光源、反射式分辨力靶和平行光管物镜等，在具备暗室条件的实验室完成测试。
5.在微光夜视仪现场测试中，目前所用测试系统存在的问题在于：1)目前的微光夜视仪分辨力测试系统大多为实验室测量装置，均做出了实验室环境为暗室的要求，采用长焦大口径平行光管物镜，不存在与被测微光夜视仪接口的问题；然而，微光夜视仪是一种对光辐射非常敏感的仪器，在现场测试中会面临更加复杂的测试环境，因此需考虑环境杂散辐射的屏蔽问题，不同类型夜视仪的接口问题等，以满足现场分辨力参数的准确测量问题；2)目前的微光夜视仪参数测量系统，大多针对工作于可见光波段的夜视仪的测试，针对工作于近红外波段的新型夜视仪，尚未研制评价其分辨力等参数指标的测试仪器。


技术实现要素：

6.(一)发明目的
7.本发明的目的是：提供一种小型化微光夜视仪分辨力和视场测试系统，解决现场测量中的准确性问题和工作于可见光波段的夜视仪及近红外波段新型夜视仪分辨力等参数的评价问题。
8.(二)技术方案
9.为了解决上述技术问题，本发明提供一种小型化微光夜视仪分辨力和视场测试系统，其包括：光源系统、测试靶组、弱光照度计、辐亮度计、成像物镜组件和被测微光夜视仪；光源系统布置在测试靶组前方，为测试靶组提供均匀照明；测试靶组包括分辨力靶和视场靶；弱光照度计和辐亮度计并列排布于测试靶组空位后侧对应位置，用于测量及监测靶面处的辐亮度和照度值；成像物镜组件和被测微光夜视仪依次布置在测试靶组后方，对测试
靶组成像并投射于被测微光夜视仪上，测试人员观测分辨力靶或视场靶的图像，给出最终分辨力值或视场值。
10.所述光源系统包括积分球、可见光源、可见衰减片、近红外光源、近红外衰减片、可调电源和积分球出口；积分球出口设置在积分球朝向测试靶组的一侧；可见光源和近红外光源布置在积分球外侧；可见光源通过可见衰减片产生可见光并衰减，使靶面照度符合gjb851-1990的要求，即无可见衰减片时靶面照度为(1
±
10％)
×
10-1
lx，可见衰减片衰减倍数为100倍，插入时靶面照度为(1
±
10％)
×
10-3
lx；近红外光源和近红外衰减片用于产生近红外光并衰减，即无近红外衰减片时靶面辐亮度为8.3
×
10-9
w/sr
·
cm2，近红外衰减片衰减倍数为243倍，插入时靶面辐亮度为3.41
×
10-11
w/sr
·
cm2；可调电源为可见光源和近红外光源供电，并通过调节电压使靶面照度和辐亮度满足无衰减片时的要求。
11.测试靶组包含两种分辨力靶、视场靶和电控转轮，位于积分球出口处；分辨力靶为透射式，包含对比度为85％～90％和35％～40％两种，采用usaf1951分辨力测试靶；当靶面照度为(1
±
10％)
×
10-1
lx或靶面辐亮度为8.3
×
10-9
w/sr
·
cm2时，采用对比度为85％～90％的分辨力靶；当靶面照度为(1
±
10％)
×
10-3
lx或靶面辐亮度为3.41
×
10-9
w/sr
·
cm2时，采用对比度为35％～40％的分辨力靶；视场靶采用玻罗板，上面刻蚀有不同间隔且对称分布的线条组，两根对称分布的线条为一组且带有编号；分辨力靶和视场靶安装于电控转轮上，电控转轮有4个孔位，所有孔位转至光路中时，均位于成像物镜组件焦点处；其中3个用于安装两种分辨力靶和视场靶，剩余1个为空位，用于辐亮度和弱光照度计监测；测试中，需控制电控转轮将所需的分辨力靶或视场靶转动至积分球出口处；电控转轮转动由电机驱动电路和相应的软件实现。
12.所述弱光照度计和辐亮度计的探测器并列排布于电控转轮空位处，用于测量及监测靶面处的辐亮度和照度值；弱光照度计和辐亮度计需要定期溯源或示值不准时进行溯源。
13.所述成像物镜组件包含成像物镜和安装结构，将测试靶组成像并投射于被测微光夜视仪上，测试人员观测分辨力靶或视场靶的图像，给出最终分辨力值或视场值；所述安装结构带有螺纹，用于匹配不同类型的适配器。
14.所述整机壳体包括测量系统壳体、适配器、可触摸显示屏和系统电路；所述适配器可与成像物镜组件的安装机构配合，以满足不同目镜口径及瞳距的夜视仪测量；测量系统壳体内壁为黑色，以减少杂散光影响；所述可触摸显示屏镶嵌于测量系统壳体上；所述系统电路包括主控电路、电控转轮电机驱动电路、辐亮度计和弱光照度计电路，其安装位位于测量系统壳体内壁；所述光源系统、测试靶组、辐亮度计、弱光照度计和成像物镜组件放置于测量系统壳体内部。
15.所述可触摸显示屏具有以下功能：测试人员根据所测参数，选择分辨力或视场测量界面；在分辨力测量界面，具有照度和辐亮度显示功能及靶线组号和单元号选择功能，测试人员根据自身观测结果，选择相应的组号和单元号，即可显示对应的分辨力值；在视场测量界面，具有线条编号选择功能，测试人员根据自身观测结果，选在相应的线条，可显示对应的视场值；显示屏实时显示当前测试状态下的靶面位置的辐亮度值或照度值。
16.所述积分球出口处中心、成像物镜光轴、适配器中心构成测试系统主光轴；电控转轮任一孔位转动至光路中时，其中心都位于主光轴上；测量时，当被测微光夜视仪为双目，
其双目几何中心位于主光轴上；当被测微光夜视仪为单目，其物镜几何中心位于主光轴上。
17.所述小型化微光夜视仪分辨力和视场测试系统测试步骤为：
18.步骤1：对于工作于可见光波段的微光夜视仪，开启可见光源，转动电控转轮使空位中心转动至主光轴上，调节可调电源并观察可触摸显示屏的示值，使靶面照度达到(1
±
10％)
×
10-1
lx；
19.步骤2：调节电控转轮，将85％～90％对比度分辨力靶转至主光轴上；
20.步骤3：根据被测微光夜视仪目镜口径及瞳距，选择相应的适配器，将被测微光夜视仪对准于测试系统主光轴；
21.步骤4：打开被测微光夜视仪，测试人员对准其目镜观测，测试人员通过被测微光夜视仪观察分辨力靶上等间隔排列的黑白相间的线条，从分辨力低的单元向分辨力高的单元观察，找出两个方向的线条全部能分辨开的那个单元号，代表此时被测微光夜视仪的分辨力；
22.步骤5：测试人员在可触摸显示屏分辨力模块选择所看到的靶线对应的组号和单元号后，可读取对应的分辨力值，分辨力值根据公式(1)计算得到：
[0023][0024]
式中：α
──
被测微光夜视仪的分辨力，单位为mrad；
[0025]a──
分辨力靶线条宽度，单位为mm；
[0026]
fc──
成像物镜组件焦距，单位为m。
[0027]
步骤6：调节电控转轮，将视场靶转至光路中，测试人员通过被测微光夜视仪观察视场靶上不同间隔的对称分布的线条，从间隔小的单元向间隔大的单元观察，找出能够看到的最长间距的那组线条，代表被测微光夜视仪的视场；
[0028]
步骤7：测试人员在可触摸显示屏视场模块选择所看到的线条对应的编号后，可读取对应的视场值，视场值根据公式(2)计算得到：
[0029][0030]
式中：2ω
──
被测微光夜视仪的视场，单位为mrad；
[0031]
l
──
视场靶线条间隔，单位为mm；
[0032]
fc──
成像物镜组件焦距，单位为m。
[0033]
步骤8：将可见衰减片插入，使靶面照度达到(1
±
10％)
×
10-3
lx，调节电控转轮，将35％～40％对比度分辨力靶转至光路中；重复步骤4和步骤5，即可得到该照度条件下的分辨力值；
[0034]
步骤9：对于工作于近红外波段的微光夜视仪，开启近红外光源，调节可调电源并观测显示屏的示值，使靶面辐亮度达到8.3
×
10-9
w/sr
·
cm2，将85％～90％对比度分辨力靶转至光路中；重复步骤3～步骤5，即可得到该条件下的分辨力值；
[0035]
步骤10：将近红外衰减片插入，使靶面辐亮度达到3.41
×
10-11
w/sr
·
cm2，调节电控转轮，将35％～40％对比度分辨力靶转至光路中；重复步骤4和步骤5，即可得到该条件下的分辨力值。
[0036]
进一步的优选方案：可按照usaf1951标准，并结合分辨力测试具体要求，确定分辨
时，采用分辨力靶2-2；视场靶2-3采用玻罗板，上面刻蚀有7组对称分布的线条，最内侧的线条为第1组，最外侧的线条为第7组，从内至外同组线条间隔分别为4mm、7mm、11mm、14mm、18mm、21mm、26mm，线条长度依次为2.5mm、4.5mm、7mm、8.5mm、11mm、13mm、16mm；分辨力靶2-1和2-2及视场靶2-3安装于电控转轮2-5上，电控转轮2-5有4个孔位，所有孔位转至光路中时，均位于成像物镜组件焦点处；其中3个用于安装两种分辨力靶和视场靶，剩余1个为空位2-4，用于辐亮度和弱光照度计监测；测试中，需控制电控转轮2-5将所需的分辨力靶或视场靶转动至积分球出口1-7处；电控转轮2-5转动由电机驱动电路和相应的软件实现。
[0051]
所述弱光照度计3和辐亮度计4的探测器并列排布于电控转轮2-5空位处，用于测量及监测靶面处的辐亮度和照度值；弱光照度计3和辐亮度计4需要定期溯源或示值不准时进行溯源。
[0052]
所述成像物镜组件包含成像物镜5-1和安装结构5-2，将测试靶组成像并投射于被测微光夜视仪7上，测试人员观测分辨力靶或视场靶的图像，给出最终分辨力值或视场值；成像物镜5-1口径100mm，焦距200mm；安装结构5-2带有螺纹，用于匹配不同类型的适配器。
[0053]
所述整机壳体-1包括测量系统壳体6-1、适配器6-2、可触摸显示屏6-3和系统电路6-4；适配器6-2可与成像物镜组件安装机构5-2配合，以满足不同目镜口径及瞳距的夜视仪测量；测量系统壳体内壁6-1为黑色，以减少杂散光影响，并设有主控电路、电控转轮电机驱动电路、辐亮度计和弱光照度计电路安装位；可触摸显示屏6-3镶嵌于测量系统壳体6-1上；所述光源系统、测试靶组、弱光照度计3、辐亮度计4和成像物镜组件放置于测量系统壳体6-1内部；所述可触摸显示屏6-3具有以下功能：测试人员根据所测参数，选择分辨力或视场测量界面；在分辨力测量界面，具有照度和辐亮度显示功能及靶线组号和单元号选择功能，测试人员根据自身观测结果，选择相应的组号和单元号，即可显示对应的分辨力值；在视场测量界面，具有线条编号选择功能，测试人员根据自身观测结果，选在相应的线条，可显示对应的视场值；显示屏实时显示当前测试状态下的靶面位置的辐亮度值或照度值。
[0054]
被测微光夜视仪7工作于可见波段或近红外波段，或者对两个波段均有响应。
[0055]
所述积分球出口处中心1-7、成像物镜5-1光轴、适配器6-2中心构成测试系统主光轴；电控转轮2-5任一孔位转动至光路中时，其中心都位于主光轴上；测量时，当被测微光夜视仪为双目，其双目几何中心位于主光轴上；当被测微光夜视仪为单目，其物镜几何中心位于主光轴上。
[0056]
所述小型化微光夜视仪分辨力和视场测试系统测试步骤为：
[0057]
步骤1：对于工作于可见光波段的微光夜视仪，开启可见光源1-2，转动电控转轮2-5使空位中心转动至主光轴上，调节可调电源1-6并观可触摸显示屏6-3的示值，使靶面照度达到(1
±
10％)
×
10-1
lx；
[0058]
步骤2：调节电控转轮2-5，将分辨力靶2-1转至主光轴上；
[0059]
步骤3：根据被测微光夜视仪目镜7的口径及瞳距，选择相应的适配器6-2，将被测微光夜视仪7对准测试系统主光轴；
[0060]
步骤4：打开被测微光夜视仪7，测试人员对准其目镜观测，测试人员观察通过被测微光夜视仪7观察分辨力靶上等间隔排列的黑白相间的线条，从分辨力低的单元向分辨力高的单元观察，找出两个方向的线条全部能分辨开的那个单元号，代表此时被测微光夜视仪7的分辨力；
[0061]
步骤5：测试人员在可触摸显示屏6-3分辨力模块选择所看到的靶线对应的组号和单元号后，可读取对应的分辨力值，分辨力值根据公式(1)计算得到：
[0062][0063]
式中：α
──
被测微光夜视仪的分辨力，单位为mrad；
[0064]a──
分辨力靶线条宽度，单位为mm；
[0065]
fc──
成像物镜组件焦距，单位为m。
[0066]
步骤6：调节电控转轮2-5，将视场靶2-3转至光路中，测试人员通过被测微光夜视仪7观察视场靶2-3上不同间隔的对称分布的线条，从间隔小的单元向间隔大的单元观察，找出能够看到的最长间距的那对线条，代表被测微光夜视仪7的视场；
[0067]
步骤7：测试人员在可触摸显示屏6-3视场模块选择所看到的线条对应的编号后，可读取对应的视场值，视场值根据公式(2)计算得到：
[0068][0069]
式中：2ω
──
被测微光夜视仪的视场，单位为mrad；
[0070]
l
──
视场靶线条间隔，单位为mm；
[0071]
fc──
成像物镜组件焦距，单位为m。
[0072]
步骤8：将可见衰减片1-3插入，使靶面照度达到(1
±
10％)
×
10-3
lx，调节电控转轮2-5，将分辨力靶2-2转至光路中；重复步骤4和步骤5，即可得到该照度条件下的分辨力值；
[0073]
步骤9：对于工作在近红外波段的被测微光夜视仪7，关闭可见光源1-2，开启近红外光源1-4，调节可调电源1-6并观测可触摸显示屏6-3的示值，使靶面辐亮度达到8.3
×
10-9
w/sr
·
cm2，将分辨力靶2-1转至光路中；重复步骤3～步骤5，即可得到该条件下的分辨力值；
[0074]
步骤10：将近红外衰减片1-5插入，使靶面辐亮度达到3.41
×
10-11
w/sr
·
cm2，调节电控转轮2-5，将分辨力靶2-2转至光路中；重复步骤4和步骤5，即可得到该条件下的分辨力值。
[0075]
由上述技术方案可以看出，本发明解决了在现场条件下，工作于可见光波段的夜视仪及近红外波段新型夜视仪分辨力和视场参数的评价问题，具有广阔的应用前景。
[0076]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。