基于电子经纬仪的双目CCD测量系统的标定研究

　　1　引　　言

　　为了适应现代靶场的测量空间目标姿态角的需要,在实验室进行了该测量方案的仿真实验,从实验需要出发,开发了一种精度较高,较为方便的标定方案。

        2　实验设备与实验原理

　　实验需要把CCD摄像机固定在电子经纬仪上,通过电子经纬仪的方位轴和俯仰轴上的编码器给出CCD摄像机光轴的位置。实验采用2个美国UNIC公司生产的UM2201面阵CCD作为接受系统,像元尺寸为8.6μm×8.3μm,靶面尺寸为1/2",成像质量好,能够满足测量精度要求。CCD摄像机的镜头采用的是日本COMPUTAR生产的M50182MP,焦距是50mm,视场为8.8mm×6.6mm。实验中使用的电子经纬仪I、II(以下简称电经)都为北京拓扑康公司生产的DJD2型电经,其测角精度为2"。并按要求对2台电经进行了自准直改造,在其物镜分划板前加了2个5w的白炽灯泡作为光源照亮分划板。实验当中将CCD相机固定在电经上,使CCD相机和电经联结成为一个刚体一同运动,并且通过实验标定出CCD摄像机的光轴的相对位置。

　　3　测量系统的标定

　　3.1　CCD摄像机外部参数的标定

　　(1)CCD摄像机光轴和电子经纬仪光轴平行的标定

　　平行光管出来的平行光,经过CCD摄像机的镜头、电子经纬仪的望远物镜分别成像于CCD的像面上和电经的分划板上,调整CCD和电经的相对位置,使同一束平行光在2个焦面上的像点分别成在CCD像面的中心和分划板的十字丝的中心,此时CCD摄像机的轴线就和电经的视轴平行。

　　(2)视差D的标定

　　如图2,实验中加工了一片高平面度的平板玻璃,在此玻璃的反射面上在左右两边分别刻了2个十字刻线(宽度为5μm),使用测量精度为1μm的万能工具显微镜来测量两十字刻线的中心连线长度l =188.3510mm,并以此长作为系统标定基准。

　　自准直经纬仪调平后,首先利用电经调整玻璃标尺左右两端十字丝的连线水平,再利用电经自准直原理调整玻璃板平面和电经的视轴垂直,调整玻璃尺高度,使玻璃尺两端的十字丝中心和电经的坐标原点高度相同,转动电经绕垂直轴旋转α使电经分划板的十字丝与玻璃尺的右十字丝重合。则玻璃尺到电经的距离x可由下式求出:

　(3)基线长的标定

　　如图3,两台电经的测量原点和玻璃标尺的两侧十字丝中心同在一个水平面内,且左侧十字丝和电经I的连线垂直于基线同时也垂直于玻璃标尺,δ1,δ2分别由两电经的竖直轴编码器的度盘给出,因此基线易得:

　　两电经的测角误差σδ=2";玻璃标尺两十字丝中心连线的距离极大值误差σl=2μm;对公式(3)各变量由误差传递公式可求得基线L的均值误差为:σL≈19μm。