一种大口径相机实验室几何畸变标定方法技术

本发明专利技术公开了一种大口径相机实验室几何畸变标定方法，属于航天光学遥感器技术领域。该方法首先搭建相机几何畸变精确标定演示验证环境，激光跟踪仪的靶球位于相机主体镜头无穷远焦面；在相机主体镜头全视场范围内多次旋转平面反射镜的角度，在每一次旋转角度后，将靶球位置位于相机主体镜头的无穷远焦面处，测试平面反射镜的当前旋转角度与靶球的位置；根据得到的每一次平面反射镜旋转角度和靶球位置，解算相机主体镜头的主点、主距和畸变。通过本发明专利技术的应用，实现了对大口径相机几何畸变高精度标定。精度标定。精度标定。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径相机实验室几何畸变标定方法


[0001]本专利技术涉及一种大口径相机实验室几何畸变标定方法，属于航天光学遥感器


技术介绍

[0002]地球观测卫星被赋予重要使命：“认知地球、精测目标、实时导航”。然而，“看得清”并不代表“定得准”，由于观测环境的复杂性和技术水平的限制，当前卫星数据的质量，尤其是几何质量在实际应用中往往难以满足测绘精度要求，很大程度上制约了其实际应用以及服务的能力。具体表现为：(1)大口径光学成像系统镜头畸变较大；(2)实验室几何畸变标定方法，对测试设备和环境要求苛刻，测试精度难以满足测绘需求；(3)缺乏高精度的在轨几何定标手段。现有通过旋转相机的方式进行相机畸变标定难以适用大口径相机镜头，造成相机旋转后成像光斑不稳定的难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种大口径相机实验室几何畸变标定方法，实现相机几何畸变高精度标定，解决大型光学相机地面标定过分依赖转台、工程难以实现的问题。
[0004]本专利技术的技术解决方案是：
[0005]一种大口径相机实验室几何畸变标定方法，包括：
[0006]搭建基于4D干涉仪、相机主体镜头、平面反射镜、激光跟踪仪的相机几何畸变精确标定演示验证环境，激光跟踪仪的靶球位于相机主体镜头无穷远焦面；
[0007]测试靶球的当前位置为畸变测试的初始主点位置；测试平面反射镜的当前角度为畸变测试的角度初始位置；
[0008]在相机主体镜头全视场范围内多次旋转平面反射镜的角度，在每一次旋转角度后，通过调整干涉仪、靶球，使靶球位置位于相机主体镜头的无穷远焦面处，测试平面反射镜的当前旋转角度与靶球的位置；
[0009]根据得到的每一次平面反射镜旋转角度和靶球位置，计算每一次平面发射镜相对于角度初始位置的旋转量、靶球相对于初始主点位置的位移偏差量，解算相机主体镜头的主点、主距和畸变。
[0010]优选的，搭建基于4D干涉仪、相机主体镜头、平面反射镜、激光跟踪仪的相机几何畸变精确标定演示验证环境，包括：
[0011]将相机主体镜头放置在三维调整台上，平面反射镜放置在二维转台上，相机光轴和平面反射镜的中心高度相同，相机光轴与平面反射镜法线方向平行；
[0012]架设4D干涉仪，4D干涉仪发射出的激光通过相机主体镜头和平面反射镜返回干涉条纹power为零；
[0013]在4D干涉仪和相机主体镜头之间架设三维调整台，在三维调整台上架设激光跟踪
仪，激光跟踪仪的靶球位于相机主体镜头无穷远焦面的位置。
[0014]优选的，判定靶球位于相机主体镜头无穷远焦面位置的方法为：
[0015]若干涉仪发出的激光经过靶球返回干涉条纹power为零，靶球当前位置即为相机主体镜头无穷远焦面位置。
[0016]优选的，架设4D干涉仪，干涉仪发射出的激光通过相机主体镜头和平面反射镜返回干涉条纹power为零，包括：
[0017]调整4D干涉仪角度，使干涉仪发出的激光通过相机无穷远焦面入射至相机镜头，通过相机镜头发射至平面反射镜上，后再经过平面反射镜延反方向反射回到干涉仪中；
[0018]调整干涉仪位置，使干涉仪发射出的激光通过相机镜头和平面反射镜返回干涉条纹power为零。
[0019]优选的，所述二维转台的水平测角精度和俯仰测角精度均优于2
″
。
[0020]优选的，利用经纬仪瞄准角度调整相机主体镜头光路，使相机光轴与平面反射镜法线方向平行。
[0021]优选的，在每一次旋转角度后，通过调整4D干涉仪、靶球，使靶球位置位于相机主体镜头的无穷远焦面处，测试平面反射镜的当前旋转角度与靶球的位置偏移量，包括：
[0022]去掉靶球；
[0023]调整4D干涉仪的位置，使4D干涉仪发射出的激光通过相机主体镜头和平面反射镜返回干涉条纹power为零；
[0024]再次放置三维调整台和靶球，靶球位于相机主体镜头的无穷远焦面处，测试靶球的位置；
[0025]测试平面反射镜的角度。
[0026]优选的，通过下述方法测试平面反射镜的角度：
[0027]在平面反射镜和相机主体之间放置多齿分度台、光电自准直仪，光电自准直仪与平面反射镜呈自准直状态，在与平面反射镜旋转方向相反的方向、以相同的角度旋转多齿分度台，利用光电自准直仪测试平面反射镜的旋转角度。
[0028]优选的，相机主体镜头口径、平面反射镜口径均在1米以上。
[0029]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0030](1)本专利技术突破基于干涉追踪原理的超大口径相机实验室几何畸变标定技术，构建光学相机几何畸变精确标定演示验证环境，实现相机几何畸变高精度标定和在轨变化的感知及修正，解决大型光学相机地面标定过分依赖转台、工程难以实现的问题，充分挖掘目前在轨光学相机的测绘应用能力。
[0031](2)本专利技术在原利用三维转台旋转相机的内方位元素测试方法研究的基础上，建立了一种不用旋转相机，只旋转平面反射镜的内方位元素测试方法，解决了大口径相机旋转后成像光斑不稳定的难题，大大提高了大口径相机内方位相机元素的测试精度。
[0032](3)本专利技术通过激光跟踪仪和4D干涉仪相结合的方法对相机无穷远焦面进行精确标定，通过干涉测量的方法实现无穷远焦面确定精度优于1微米，大大提高了相机无穷远焦面确定的精度。
[0033](4)本专利技术利用干涉仪发出的激光通过相机镜头发出平行光作为相机镜头内方位元素测试的光源，再通过平面反射镜反射回相机镜头进行测试，实现了相机的自标定，解决
了大口径相机光源口径很小而无法全口径测试的难题。
附图说明
[0034]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0035]图1为本专利技术实施例一种大口径相机实验室几何畸变标定方法流程图；
[0036]图2为本专利技术实施例相机镜头内方位元素测试示意图。
具体实施方式
[0037]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0038]一种大口径相机实验室几何畸变标定方法，通过相机镜头自身发出平行光对相机镜头进行自标定，实现了口径在1米以上的大口径相机全口径测试，利用激光跟踪仪对靶球的位置进行实时测试，实现了相机无穷远的高精度定位。
[0039]如图1所示，该方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径相机实验室几何畸变标定方法，其特征在于，包括：搭建基于4D干涉仪、相机主体镜头、平面反射镜、激光跟踪仪的相机几何畸变精确标定演示验证环境，激光跟踪仪的靶球位于相机主体镜头无穷远焦面；测试靶球的当前位置为畸变测试的初始主点位置；测试平面反射镜的当前角度为畸变测试的角度初始位置；在相机主体镜头全视场范围内多次旋转平面反射镜的角度，在每一次旋转角度后，通过调整干涉仪、靶球，使靶球位置位于相机主体镜头的无穷远焦面处，测试平面反射镜的当前旋转角度与靶球的位置；根据得到的每一次平面反射镜旋转角度和靶球位置，计算每一次平面发射镜相对于角度初始位置的旋转量、靶球相对于初始主点位置的位移偏差量，解算相机主体镜头的主点、主距和畸变。2.根据权利要求1所述的一种大口径相机实验室几何畸变标定方法，其特征在于，搭建基于4D干涉仪、相机主体镜头、平面反射镜、激光跟踪仪的相机几何畸变精确标定演示验证环境，包括：将相机主体镜头放置在三维调整台上，平面反射镜放置在二维转台上，相机光轴和平面反射镜的中心高度相同，相机光轴与平面反射镜法线方向平行；架设4D干涉仪，4D干涉仪发射出的激光通过相机主体镜头和平面反射镜返回干涉条纹power为零；在4D干涉仪和相机主体镜头之间架设三维调整台，在三维调整台上架设激光跟踪仪，激光跟踪仪的靶球位于相机主体镜头无穷远焦面的位置。3.根据权利要求1或2所述的一种大口径相机实验室几何畸变标定方法，其特征在于，判定靶球位于相机主体镜头无穷远焦面位置的方法为：若干涉仪发出的激光经过靶球返回干涉条纹power为零，靶球当前位置即为相机主体镜头无穷远焦面位置。4.根据权利要求2所述的一种大口径相机实验室几何畸变标定方法，其特征在于，架设4D干涉仪，干涉仪发射出...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丽娜，崔程光，范龙飞，张超，冀翼，焦文春，王昀，岳丽清，王东杰，李重阳，周楠，刘鹤飞，赵英龙，刘志远，金钟瑞，孙立，张新宇，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：