望远系统像倾斜的数字图像测量技术的研究

　　1　前　言

　　具有棱镜的光学系统都有可能存在像倾斜,特别是军用望远镜,由于装有分划板,像倾斜对其影响更为明显。以往测量像倾斜的基本方法是利用光具座和前置镜通过人眼瞄准、读数、计算给出像倾斜的角度。对超过像倾斜指标的望远镜要进行棱镜调整,以减小和消除像倾斜。用这样的方法必然会带来主观判断的误差。随着CCD摄像技术和数字图像技术的广泛应用,为光学系统进行像倾斜的自动测量提供了条件。本文研究了一种新的像倾斜自动测量技术。

　　2　测量原理

　　像倾斜测量的工作原理如图1所示。在光电图形发生器上生成一个像倾斜分划目标,在平行光路中先不放入试样,通过CCD摄像机采集像倾斜分划目标的像,由计算机自动定出该像倾斜分划目标像在CCD靶面的方位基准。然后,放入试样,通过CCD摄像机再次采集反映像倾斜的分划目标像,通过计算机建模进行数字图像自动处理得到该分划像与原分划像的夹角,即为所求的被测试样的像倾斜。

　　首先,利用水平基准器标定和调整测试平台的水平度,再放入和水平基准严格垂直的分划板来产生铅垂目标刻线。这样相比放置铅垂线的好处在于铅垂线的铅垂精度只能达到分的数量级,而利用水平基准器标定水平度和垂直度可使误差保持在秒级,这样就减小了铅垂基准的误差。用CCD拍摄不放入试样时的铅垂目标刻线物得到一幅数字图像,以此图像的左上角点为坐标原点建立图像坐标系,求出所拍摄的分划板铅垂线的像的中心(图像处理部分详细介绍),并记录其在图像坐标系的位置。然后放入液晶光电图形发生器产生双线玻罗板如图2所示。

　　在测像倾斜时只需使用双线中的一条线为基准,拍摄这条基准线,求出中心位置,并和铅垂基准像进行对比,调整图形发生器使得产生线的像严格地与铅垂物的像平行,这样就校准了图形发生器。然后放入试样再次采集目标像,利用目标移动法和亚像素定位法处理后得到该分划像与原分划像的夹角,即为像倾斜的角度。在平行光管物镜的焦面处放置光电图形发生器,产生像倾斜分划的目标。这样较放置竖直分划板为目标的优点是大大简化装置的调整过程,调一次焦面位置之后可以采用变化的图形来测焦距、分辨率等多项参数;利用变对比、变频产生均匀的变频光栅或刀口函数来测光学传递函数。光电图形发生器的缺点在于液晶的像素目前不能做得很小,这里用的1·3英寸和0·9英寸液晶的像素尺寸的大小约为17·8μm,相当于与分辨率3号板的最小线条单元,现在还不能覆盖所有国标的分辨率图案,随着液晶技术的发展,将可以做到更细的分辨率图案。