光学仪器视差自动检测研究

　　1　引　言

　　视差作为基本的光学参量,其检测手段仍然比较落后。在文献[1]中给出了两种检测视差的传统方法:平行光管视差仪检测和视度筒检测。前者是根据 存在视差的仪器,当眼瞳在出瞳平面内摆动时,由其产生瞄准误差的原理制成的。其缺陷是:它只能测出被检系统的视差是否在所要求的范围内,而不能定量给出视 差量的大小。后者是用视度筒分别测出被检仪器分划线与无穷远物像的像方视度值。二者之差作为视差大小的量度。其缺陷是:除视度筒本身精度造成的误差外,在 判断分划刻线或无穷远物像“清晰”时,人的主观影响太大。为了克服这些缺点,使检测向数字化和定量化方向发展,并使结果更具客观性,改变了利用人眼或简单 光学仪器进行检测的方法,引入了光电转换器件CCD,并利用计算机进行数据处理,从而实现了从白光向光电,定性向定量的过渡。

　　2　视差自动检测原理

　　鉴于传统视差检测手段的缺陷,提出了应用CCD测量视差的方法。测试系统构成如图1所示。

　　其工作过程是,被检仪器的分划刻线和无穷远物(平行光管分划刻线)经摄像物镜成像在CCD面上,图像采集卡将这幅模拟的连续图像转化为离散数字 图像,并存入计算机。挡光板可以在步进电机带动下切割从被检仪器出射的光束,切割量可由控制系统控制。对于存在视差的仪器来说,当挡光板在被检仪器出瞳平 面内切割光束时,无穷远物像与被检仪器分划刻线像就会产生相对横向移动,该量可以由计算机经数据处理得出。该移动量与被检仪器线视差d之间存在着一定的数 量关系。

　　其光路图如图2所示。图2中,Fw为摄像头物镜物方焦点;F′w为摄像头物镜像方焦点;Fm为被检仪器的物方焦点;F′m为被检仪器的像方焦点;l为被检仪器目镜与摄像头物镜之间的距离。

　　设被检仪器视差为d(包括符号),对被检仪器目镜来说,x=- d。由牛顿公式x·x′=-f2m得

　　式中,x为被检仪器目镜物方焦点到物的有向线段的值;x′为被检仪器目镜像方焦点到像的有向线段的值;fm为被检仪器目镜焦距。

　　当挡光板切割光束时,如图2所示,EF是切割光束时主光线的移动量,OB是相应的图像在CCD面上的移动量,由相似三角形及平行线截线段定理可得

　　式中,EF是挡光板移动量;OB是相应的图像在CCD面上的移动量;fm为被检仪器的目镜焦距;fw为CCD摄像头物镜焦距。在这里,fm,fw均为已知量,EF由控制系统给出,OB可由数据处理系统计算得到。

　　3　实验结果及误差分析

　　图3和图4是在测试军用62式8倍望远镜视差时,用CCD采集的两幅图像。图3为切割出瞳前无穷远物像(平行光管分划刻线)与望远镜分划刻线像的位置关系,图4为切割出瞳后两目标像的位置关系。