多光路、多光学目标的光路自动准直数学模型构建方法技术

本发明专利技术为解决现有光路准直数学模型不能适用于多目标、多光路自动准直，且不能并行光路准直参数的标定和准直结果的统计，而提供了一种多光路、多光学目标的光路自动准直数学模型构建方法。本发明专利技术在数学模型的推导过程采用多维向量的运算方式，将每一路光束的参数信息，看作多维向量的一个单元，即将8路光束的参数信息，看作8维的列向量，参与所有光路准直目标位置、像素偏移、步数偏差、准直误差的运算、准直状态汇总的运算，构建多光路、多目标自动准直数学模型，为光路对接准直流程的实现提供理论指导。理论指导。理论指导。

【技术实现步骤摘要】
多光路、多光学目标的光路自动准直数学模型构建方法


[0001]本专利技术涉及一种光路自动准直方法，具体涉及一种多光路、多光学目标的光路自动准直数学模型构建方法。

技术介绍

[0002]大型装置光束控制与诊断系统是一个多功能、高准确度的激光参量诊断平台，包含光学取样组件、探测元器件、伺服系统、监视系统、控制系统等系统的闭环调控监视系统，用来精密诊断装置输出激光光束的特性，包括能量、近场、远场、时间波形等。在后端光束利用模拟光源已经准直成功的条件下，光路对接准直系统主要是前端光束进行调整，利用主激光跟踪模拟光将主激光束调整到模拟光已调整好的基准位置。
[0003]大型激光装置共包含8路光束，在每次物理实验前，8路光束都需要通过光路自动准直系统完成三个准直流程，包括：光路自准直、模拟光准直和光路对接准直。根据王拯洲等(王拯洲,王维,胡炳樑,等.综合诊断快速自动准直系统设计与实现[J].光子学报,2014,43(5):0512005
‑
1～0512005
‑
6(EI：20142617873991))和达争尚等(达争尚,李东坚,周维,等.光路自动准直快速调整数学模型研究[J].光子学报,2008,37(12):2534－2538)提出的光路准直的原理，光路准直单元模型主要包含以下步骤：1)判读或者识别准直图像的光学目标中心；2)将光学目标与基准的图像偏差转化为将光学目标中心移动到目标位置所需要调整的X、Y方向电机步数；3)移动X、Y方向电机；4)重复步骤1)～3)，直到光学目标中心与基准的像素偏差小于误差阈值为止。
[0004]然而，随着物理实验的不断深入，大型激光装置光路对接准直流程开始面临一些新的问题：
[0005]1)光学目标的个数发生变化。之前的光路对接准直流程是先关闭模拟光源再引导主激光实现准直，对接准直图像中只有1个主激光目标。现在为了减少主激光目标的漂移对准直精度的影响，光路对接准直流程中不再关闭模拟光源，这使得一幅光路对接准直图像中同时包含模拟光和主激光两个光学目标。
[0006]2)光路准直数学模型的变化。在新的光路准直数学模型中，不仅要体现出多光学目标的特点，还要改进收敛条件，即光束收敛需要判断主激光中心与目标位置中心之间的距离是否小于给定的误差阈值，而不是直接用光学目标中心坐标与基准XY方向的像素偏差和设定的误差阈值作比较。
[0007]3)对准直效率和时间提出了新的要求。之前大型装置的对接准直流程是按照光路串行执行的，这就极大地影响了准直效率，通过并行准直的方法是提高光路准直效率、降低准直时间最直接有效的手段。
[0008]具体地，对光路准直数学模型来说，在原有的大型激光装置中，8路光束的自动准直都是采用相同的电机单元准直模型，该单元准直模型存在明显的不足之处：
[0009]1)原有的数学模型中准直图像的光学目标是唯一的，无法满足光路对接准直流程准直图像中包含多个光学目标的情况对准直模型的要求；
[0010]2)原有数学模型仅针对单个光束，数学模型中未体现多个光束的参数信息，不利于对多光路准直参数的并行标定和准直结果的统计；
[0011]3)原有数学模型中没有体现针对多个光学目标的识别算法，无法识别模拟光目标和主激光目标，从而无法完成准直工作。
[0012]针对原有准直数学模型的不足，构建新的多光路、多目标自动准直数学模型主要解决以下问题：
[0013]1)新的自动准直数学模型能够体现多光路、多光学目标的特点。也就是说，在完成多光学目标识别算法的前提下，新的多光路、多目标自动准直数学模型需要以主激光目标和模拟光目标这两个光学目标位置为输入条件，以满足多个光学目标对准直模型的要求；
[0014]2)在新的准直数学模型中，数学模型的推导过程必须采用多维向量的运算方式。也就是说，在数学模型中，将每一路光束的参数信息，看作多维向量的一个单元，而8路光束的参数信息，看作8维的列向量，参与所有光路准直目标位置、像素偏移、步数偏差、准直误差的运算。不仅能够实现对多光路准直参数的标定，而且在准直流程后结束后，实现对所有光路准直结果的统计。
[0015]3)在新的准直数学模型中，需要充分论证多光学目标识别算法和多光路准直数学模型关系，使得多光学目标识别算法成为多光路准直数学模型构建是否成功的必要条件，为光路成功准直提供保障。
[0016]为解决以上问题，构建新的多光路、多目标自动准直数学模型是十分必要的。

技术实现思路

[0017]本专利技术的目的是解决现有光路准直数学模型不能适用于多目标、多光路自动准直，且不能并行光路准直参数的标定和准直结果的统计，而提供了一种多光路、多光学目标的光路自动准直数学模型构建方法。
[0018]本专利技术的基本设计思路是：在数学模型中体现多目标和多光路的特点，即在数学模型的推导过程采用多维向量的运算方式，将每一路光束的参数信息，看作多维向量的一个单元，即将8路光束的参数信息，看作8维的列向量，参与所有光路准直目标位置、像素偏移、步数偏差、准直误差的运算、准直状态汇总的运算，构建多光路、多目标自动准直数学模型，为光路对接准直流程的实现提供理论指导。
[0019]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0020]一种多光路、多光学目标的光路自动准直数学模型构建方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0021]步骤1)、获取k束光路模拟光准直图像f
k
(x,y)的主激光目标中心和模拟光中心；k≥1；
[0022](Base
xy
,Center
xy
)＝TargetRecognize(f
k
(x,y))
[0023]其中，Base
xy
为模拟光目标中心向量，Center
xy
为主激光目标中心向量；
[0024]步骤2)、计算主激光目标中心和模拟光中心的偏差向量Δ
xy
：
[0025]Δ
xy
＝Center
xy
‑
Base
xy
；
[0026]步骤3)、计算准直目标位置向量Target
xy
：
[0027]Target
xy
＝Base
xy
+Offset
xy
[0028]其中，Offset
xy
为主激光束与模拟光束之间保证同轴偏差向量，通过实验标定获得；
[0029]步骤4)、计算将主激光中心Center
xy
移动到目标位置Target
xy
，在CCD相机上对应的像素偏差值向量ΔPixel
xy
：
[0030]ΔPixel
xy
＝Base
xy
+Offset
xy
‑
Center
xy<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多光路、多光学目标的光路自动准直数学模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、获取k束光路模拟光准直图像f
k
(x,y)的主激光目标中心和模拟光中心；k≥1；(Base
xy
,Center
xy
)＝TargetRecognize(f
k
(x,y))其中，Base
xy
为模拟光目标中心向量，Center
xy
为主激光目标中心向量；步骤2)、计算主激光目标中心和模拟光中心的偏差向量Δ
xy
：Δ
xy
＝Center
xy
‑
Base
xy
；步骤3)、计算准直目标位置向量Target
xy
：Target
xy
＝Base
xy
+Offset
xy
其中，Offset
xy
为主激光束与模拟光束之间保证同轴偏差向量，通过实验标定获得；步骤4)、计算将主激光中心Center
xy
移动到目标位置Target
xy
，在CCD相机上对应的像素偏差值向量ΔPixel
xy
：ΔPixel
xy
＝Base
xy
+Offset
xy
‑
Center
xy
；步骤5)、计算将主激光中心Center
xy
移动到目标位置Targ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王拯洲，魏际同，王力，郭嘉富，
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：