具有视频输出的多光轴光学系统平行校正仪设计

　　1　引　言

　　传统的光学仪器一般是可见光目镜观察类的仪器,对于多光路的仪器,通过对偏心组件的调整,在检测仪器的目镜中,直接观察像的重合度,则能读出和校准光轴之间的平行性。现在许多多光路的光学仪器,其图像输出采用的是电视摄像机、热成像仪,输出的是视频信号,而且各个光路的视场不相同,其目标图像的大小相差可达几倍到十几倍。对于这类仪器,其光轴间相互平行性的测量无法采用传统的检测仪器进行。针对这个问题,设计了一种专用于具有视频输出的多光轴光学系统之间光轴平行性测量的全新测试仪器。

　　2　测量原理

　　视频输出多光轴光学系统的特点是:输出的是视频图像信号,视场大小不一,对于同一目标输出图像大小相差较大。由于目标是同一个,经成像后,无论像的大小是多少,则像的形心是不变的,因此可以利用形心不变原理,测量光轴之间的平行性。测量原理图如图1所示。

　　目标采用了平行光管物面上的小孔光栏,被测光学系统接收成像后,与平行光管光轴平行的接收系统则成像在像面的中心,而与平行光管不平行的接收系统则成像偏离中心位置,因此根据目标像点偏离的情况可得出各光轴与平行光管光轴之间的夹角αi。

　　式中xi、yi为目标像点形心位置偏离中心位置的水平与垂直距离;fi为各光轴物镜的焦距。

　　调校多光轴光学仪器的光轴平行度时,需将各光轴目标像点的位置偏差xi、yi调整为要求值。对于配有CCD摄像机的多光轴光学系统,测量和调校采用形心不变原理,可以准确地测量和调整xi、yi偏差。其方法为:其目标图像的视频输出信号经二值化电路后,其目标像可表示为

　　则目标的形心位置(xi,yi)

　　通过计数电路和目标二值化脉冲信号的前后沿,可以得到每行目标信号前、后两点的位置计数信号。将各行的目标位置信号和行数送入单片机,则可根据上面的形心位置计算公式,准确地计算出被测光轴的平行度偏差,并输出显示。

　　3　系统硬件的实现

　　采用目标形心位置计算方法构成的测量电路原理如图2所示。

　　由平行光管产生的目标像点经过被测光学系统和CCD摄像机,其视频信号经过中心十字线视频合成后,显示在显示器上。中心十字线提供了形心调校的基准。其产生电路原理图如图3所示。以奇数场场同步信号为基准,对计数器进行清零,对行同步脉冲进行递加计数,计数结果送比较器进行比较,相等时输出一高平,加入到视频信号中,作为十字线的横线;竖线产生与上相似,只是以行同步信号为基准,时钟脉冲作为计数脉冲。