一种用于双目立体视觉的大视场光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于双目立体视觉的大视场光学系统，包括沿光传播方向，依次设置在同一光轴上的窗口玻璃、第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜、孔径光阑、第三负透镜、第三正透镜以及第四负透镜；光学系统中将各透镜的光焦度设计为‘负‑负‑正‑正‑负‑正‑负’的组合形式，同时优化了各个透镜的折射率、曲率半径以及各透镜之间的距离，使得双目立体视觉的大视场光学系统的景深较大，即在300mm‑1500mm的全距离范围内均可清晰成像，并且无需使用移动调节机构，避免光学系统中存在运动部件，提高了系统的可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于双目立体视觉的大视场光学系统
本专利技术属于光学系统
，具体涉及一种用于双目立体视觉的大视场光学系统。
技术介绍
双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，它是基于视察原理并利用成像设备从不同位置获取被测量物体的两幅图像，通过计算图像对应点的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，非常适合与制造现场的在线、非接触铲平检测和质量控制。特别的对于运动物体测量中，由于图像获取是瞬间完成的，因此双目立体视觉测量是一种更有效的测量方法。目前的双目立体视觉系统，在进行300mm-1500mm距离范围成像时，需要采用移动调焦实现清晰成像，这种方式会带来以下缺陷：1、调焦时，每次只能对一个特定距离范围内的目标清晰成像，无法同时对300mm-1500mm距离范围内所有目标清晰成像，例如当对350mm处的目标清晰时，随着成像距离的增加，目标清晰度下降，1500mm距离处的清晰度最差。2、通过移动调焦这种方式，系统中不可避免的存在运动部件，会导致系统的可靠性降低。
技术实现思路
为了解决现有双目立体视觉系统通过移动调焦的方式无法实现对300mm-1500mm全距离范围内目标进行清晰成像，且移动调焦会带来系统可靠性差的问题，本专利技术提供了一种用于双目立体视觉的大视场光学系统。本专利技术的具体技术方案是：本专利技术提供了一种用于双目立体视觉的大视场光学系统，包括沿光传播方向，依次设置在同一光轴上的窗口玻璃、第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜、孔径光阑、第三负透镜、第三正透镜以及第四负透镜；窗口玻璃的材料为SILICA，前后表面的曲率半径均为无穷大，厚度为3.8mm～4.2mm，其表面可镀光学系统所需谱段的带通滤光膜；第一负透镜的材料折射率为1.7469，阿贝数为49～51，第一负透镜前表面曲率半径为34.7mm～35mm，后表面曲率分别为10.2mm～10.31mm，厚度为3mm；第一负透镜前表面与窗口玻璃的后表面之间的距离为2mm；第二负透镜的材料折射率为1.7552，阿贝数为26.1～27.3，第二负透镜前表面曲率半径为15.7mm～15.98mm，后表面曲率半径为6.8mm～7.1mm，厚度为3mm；第二负透镜前表面与第一负透镜后表面之间的距离为2.8mm；第一正透镜的材料折射率为1.67～1.682，阿贝数为32.17，第一正透镜前表面曲率半径为57.2mm～59mm，后表面曲率半径为：-37.1mm～-39mm，厚度为3mm；第一正透镜前表面与第二负透镜后表面之间的距离为3mm；第二正透镜的材料折射率为1.51-1.52，阿贝数为64.2，第二正透镜前表面曲率半径为10.1mm～12mm，后表面曲率半径为-12.55mm～-14.33mm，厚度为2.97mm；第二正透镜前表面与第一正透镜后表面之间的距离为1mm，第二正透镜后表面与孔径光阑之间的距离为3.27mm；第三负透镜的材料折射率为1.7～1.765，阿贝数为27.53，第三负透镜前表面曲率半径为31.40mm～-35mm，后表面曲率半径为9.17mm～10.29mm，厚度为2.5mm；第三负透镜前表面与孔径光阑之间的距离为2mm；第三正透镜的材料折射率分别为1.51-1.52，阿贝数为64.2，第三正透镜前表面的曲率半径为11.85mm～12.99mm，后表面的曲率半径为-7.14mm～-9.12mm，厚度为3.5mm；第三正透镜前表面与第三负透镜后表面之间的距离为1mm；第四负透镜的材料折射率为1.64～1.765，阿贝数为27.53，第四负透镜前表面曲率半径为-5.9mm～-6.98mm，后表面曲率半径为-16mm～-18mm，厚度为3.04mm；第四负透镜前表面与第三正透镜后表面之间的距离为2.22mm，第四负透镜后表面到像面的距离为7.58mm。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的光学系统将各透镜的光焦度设计为‘负-负-正-正-负-正-负’的组合形式，同时优化了各个透镜的折射率、曲率半径以及各透镜之间的距离，使得双目立体视觉的大视场光学系统的景深较大，即在300mm-1500mm的全距离范围内均可清晰成像，并且无需使用移动调节机构，避免光学系统中存在运动部件，提高了系统的可靠性高。2、本专利技术采用第一负透镜、第二负透镜可有效增加系统视场，提高测试效率。3、本专利技术的窗口玻璃采用SILICA材料，同时系统中无胶合光学元件，可直接应用于空间环境；4、本专利技术中孔径光阑位于光学结构内部，孔径光阑前后光学元件关于孔径光阑准对称，光学系统畸变小；附图说明图1为本专利技术的光学系统示意图；图2为本专利技术提供的双目立体视觉的大视场光学系统在300mm、工作距离时的光学MTF曲线图；图3为本专利技术提供的双目立体视觉的大视场光学系统在494mm、工作距离时的光学MTF曲线图；图4为本专利技术提供的双目立体视觉的大视场光学系统在1500mm工作距离时的光学MTF曲线图；图5为本专利技术提供的双目立体视觉的大视场光学系统在300mm工作距离时场曲和畸变曲线图。图6为本专利技术提供的双目立体视觉的大视场光学系统在494mm工作距离时场曲和畸变曲线图。图7为本专利技术提供的双目立体视觉的大视场光学系统在1500mm工作距离时场曲和畸变曲线图。附图标记如下：1-窗口玻璃、2-第一负透镜、3-第二负透镜、4-第一正透镜、5-第二正透镜、6-孔径光阑、7-第三负透镜、8-第三正透镜、9-第四负透镜。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。一种双目立体视觉的大视场光学系统，如图1所示，该光学系统的视场角为80°的圆视场，光学系统采用大F数为14，工作距离为300mm-1500mm，在用于双目立体视觉系统的时，该光学系统设置有两套。该光学系统包括沿光传播方向，依次设置在同一光轴上的窗口玻璃1、第一负透镜2、第二负透镜3、第一正透镜、第二正透镜5、孔径光阑6、第三负透镜7、第三正透镜8以及第四负透镜9；各光学器件的主要参数如下：窗口玻璃1的材料为SILICA，前后表面的曲率半径均为无穷大，厚度为3.8mm～4.2mm，其表面可镀光学系统所需谱段的带通滤光膜；第一负透镜2的材料折射率为1.7469，阿贝数为49～51，第一负透镜2前表面曲率半径为34.7mm～35mm，后表面曲率分别为10.2mm～10.31mm，厚度为3mm；第一负透镜2前表面与窗口玻璃1的后表面之间的距离为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于双目立体视觉的大视场光学系统，其特征在于：/n包括沿光传播方向，依次设置在同一光轴上的窗口玻璃、第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜、孔径光阑、第三负透镜、第三正透镜以及第四负透镜；/n窗口玻璃的材料为SILICA，前后表面的曲率半径均为无穷大，厚度为3.8mm～4.2mm，其表面镀设带通滤光膜；/n第一负透镜的材料折射率为1.7469，阿贝数为49～51，第一负透镜前表面曲率半径为34.7mm～35mm，后表面曲率分别为10.2mm～10.31mm，厚度为3mm；第一负透镜前表面与窗口玻璃的后表面之间的距离为2mm；/n第二负透镜的材料折射率为1.7552，阿贝数为26.1～27.3，第二负透镜前表面曲率半径为15.7mm～15.98mm，后表面曲率半径为6.8mm～7.1mm，厚度为3mm；第二负透镜前表面与第一负透镜后表面之间的距离为2.8mm；/n第一正透镜的材料折射率为1.67～1.682，阿贝数为32.17，第一正透镜前表面曲率半径为57.2mm～59mm，后表面曲率半径为：-37.1mm～-39mm，厚度为3mm；第一正透镜前表面与第二负透镜后表面之间的距离为3mm；/n第二正透镜的材料折射率为1.51-1.52，阿贝数为64.2，第二正透镜前表面曲率半径为10.1mm～12mm，后表面曲率半径为-12.55mm～-14.33mm，厚度为2.97mm；第二正透镜前表面与第一正透镜后表面之间的距离为1mm，第二正透镜后表面与孔径光阑之间的距离为3.27mm；/n第三负透镜的材料折射率为1.7～1.765，阿贝数为27.53，第三负透镜前表面曲率半径为31.40mm～-35mm，后表面曲率半径为9.17mm～10.29mm，厚度为2.5mm；第三负透镜前表面与孔径光阑之间的距离为2mm；/n第三正透镜的材料折射率分别为1.51-1.52，阿贝数为64.2，第三正透镜前表面的曲率半径为11.85mm～12.99mm，后表面的曲率半径为-7.14mm～-9.12mm，厚度为3.5mm；第三正透镜前表面与第三负透镜后表面之间的距离为1mm；/n第四负透镜的材料折射率为1.64～1.765，阿贝数为27.53，第四负透镜前表面曲率半径为-5.9mm～-6.98mm，后表面曲率半径为-16mm～-18mm，厚度为3.04mm；第四负透镜前表面与第三正透镜后表面之间的距离为2.22mm，第四负透镜后表面到像面的距离为7.58mm。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于双目立体视觉的大视场光学系统，其特征在于：
包括沿光传播方向，依次设置在同一光轴上的窗口玻璃、第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜、孔径光阑、第三负透镜、第三正透镜以及第四负透镜；
窗口玻璃的材料为SILICA，前后表面的曲率半径均为无穷大，厚度为3.8mm～4.2mm，其表面镀设带通滤光膜；
第一负透镜的材料折射率为1.7469，阿贝数为49～51，第一负透镜前表面曲率半径为34.7mm～35mm，后表面曲率分别为10.2mm～10.31mm，厚度为3mm；第一负透镜前表面与窗口玻璃的后表面之间的距离为2mm；
第二负透镜的材料折射率为1.7552，阿贝数为26.1～27.3，第二负透镜前表面曲率半径为15.7mm～15.98mm，后表面曲率半径为6.8mm～7.1mm，厚度为3mm；第二负透镜前表面与第一负透镜后表面之间的距离为2.8mm；
第一正透镜的材料折射率为1.67～1.682，阿贝数为32.17，第一正透镜前表面曲率半径为57.2mm～59mm，后表面曲率半径为：-37.1mm～-39mm，厚度为3mm；第一正透镜前表面与第二负透镜后表面之间的距离为3mm；
第二正透镜的材...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞志海，宋宗玺，任国瑞，淡丽军，孙钟涵，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61