一种用于全视角三维测量仪的可见光光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于全视角三维测量仪的可见光光学系统，所述可见光光学系统由低畸变广角成像光学镜头和线阵CMOS相机组成，线阵CMOS相机与低畸变广角成像光学镜头固定在一起，低畸变广角光学镜头将搜集到的可见光图像清晰成像在线阵CMOS相机焦面上。本发明专利技术的可见光光学系统解决了广角、长焦、高分辨率、高精度远心等问题，为全视角三维测量仪的精确定位、角度测量提供了可用的光学系统。该光学系统可在90°视场、3m～100m的超出景深范围的工作距离内使三维测量仪的测角精度达到秒级精度，且不同视场的畸变保证线性偏差一致，这对光学系统提出了非常高的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于全视角三维测量仪的可见光光学系统
本专利技术属于光学成像
，涉及一种用于全视角三维测量仪的可见光光学系统。
技术介绍
全自动影像测量仪能够便捷而快速的进行三维坐标测量，满足现代制造业对尺寸检测提出的更高速、更便捷、更精准的测量需要，是解决制造业发展的一个瓶颈技术。全视角高精度三维测量仪是一款大视场、高分辨率、工作距离范围大的精密测角定位系统，其测角精度要求达到秒级精度。而光学系统作为该系统的关键核心部件之一，主要承担着对目标信息收集并精确测角的重要任务。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于全视角三维测量仪的可见光光学系统，该可见光光学系统解决了广角、长焦、高分辨率、高精度远心等问题，为全视角三维测量仪的精确定位、角度测量提供了可用的光学系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于全视角三维测量仪的可见光光学系统，由低畸变广角成像光学镜头和线阵CMOS相机组成，线阵CMOS相机与低畸变广角成像光学镜头固定在一起，低畸变广角光学镜头将搜集到的可见光图像清晰成像在线阵CMOS相机焦面上。本专利技术中，所述的低畸变广角成像光学镜头采用了F-Theta镜头结构，低畸变广角成像光学镜头的焦距为26.07，是普通广角成像物镜焦距的3倍以上，为长焦广角成像物镜，有利于提高单像素张角的分辨率，实现目标的精确定位。低畸变广角成像光学镜头的工作波段为480～650nm，视场角为90º，工作距离为3m～100m，最大远心度为0.137°，低畸变广角成像光学镜头的F数为4，MTF为0视场≥0.4（100lp/mm），0.7视场≥0.3（100lp/mm），低畸变广角成像光学镜头用于搜集可见光图像，并清晰成像在线阵CMOS相机焦面上；本专利技术中，所述的线阵CMOS相机为4×8192分辨率、5μm×5μm像元的大小的线阵传感器，相当于分辨率为5800×5800的面阵相机，线阵CMOS相机通过光电转换，生成相应强度的电信号输出，生成可见光图像，供后续图像处理，从而实现大视场、高清晰、远距离目标观测及图像采集。本专利技术具有如下有益效果：1、光学系统视场为90°大视场，采用高分辨率小像元的大尺寸线阵CMOS相机，信息接收范围广，视场内的的信息总量为6.7×107。2、光学系统采用长焦光学镜头设计，提高了单像素张角的分辨率。3、系统远心度高，现测量精度不随测量距离的改变而降低。4、光学系统可在90°视场、3m～100m的超出景深范围的工作距离内使三维测量仪的测角精度达到秒级精度，且不同视场的畸变保证线性偏差一致，这对光学系统提出了非常高的要求。附图说明图1为可见光光学系统组成图。图2为低畸变广角成像光学镜头结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。如图1所示，本专利技术提供的用于全视角三维测量仪的可见光光学系统由低畸变广角成像光学镜头1和线阵CMOS相机2组成，线阵CMOS相机2与低畸变广角成像光学镜头1固定在一起，低畸变广角成像光学镜头1将搜集到的可见光图像清晰成像在线阵CMOS相机2焦面上。如图2所示，所述的低畸变广角成像光学镜头1采用了F-Theta镜头结构，使空间角解析度与相机元数和尺寸成正比。低畸变广角成像光学镜头1焦距为26.07，是普通广角成像物镜焦距的3倍以上，为长焦广角成像物镜，有利于提高单像素张角的分辨率，实现目标的精确定位。工作波段为480～650nm，视场角为90º，工作距离为3m～100m，像面离焦量为0.2mm，当系统远心度为1°时，在工作距离内主光线产生的测角偏差为27″，当系统远心度为0.1°时，产生的测角偏差为2.7″，最大远心度为0.137°，可实现测量精度不随测量距离的改变而降低，在不同工作距离内测角精度一致，实现秒级测角精度。低畸变广角成像光学镜头1的F数为4，MTF为0视场≥0.4（100lp/mm），0.7视场≥0.3（100lp/mm），低畸变广角成像光学镜头1用于搜集可见光图像，并清晰成像在线阵CMOS相机2焦面上。所述的线阵CMOS相机2为4×8192分辨率、5μm×5μm像元的大小的线阵传感器，线阵CMOS相机2通过光电转换，生成相应强度的电信号输出，生成可见光图像，供后续图像处理，从而实现大视场、高清晰、远距离目标观测及图像采集。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于全视角三维测量仪的可见光光学系统，其特征在于所述可见光光学系统由低畸变广角成像光学镜头和线阵CMOS相机组成，低畸变广角光学镜头将搜集到的可见光图像清晰成像在线阵CMOS相机焦面上。

【技术特征摘要】
1.一种用于全视角三维测量仪的可见光光学系统，其特征在于所述可见光光学系统由低畸变广角成像光学镜头和线阵CMOS相机组成，低畸变广角光学镜头将搜集到的可见光图像清晰成像在线阵CMOS相机焦面上。2.根据权利要求1所述的用于全视角三维测量仪的可见光光学系统，其特征在于所述低畸变广角成像光学镜头采用了F-Theta镜头结构。3.根据权利要求2所述的用于全视角三维测量仪的可见光光学系统，其特征在于所述低畸变广角成像光学镜头的焦距为26.07。4.根据权利要求1、2或3所述的用于全视角三维测量仪的可...

【专利技术属性】
技术研发人员：康为民，张建隆，贺磊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23