一种大口径光学成像系统次镜高精度定标方法技术方案

本发明专利技术涉及一种大口径光学成像系统次镜高精度定标方法，属于光学成像系统技术领域，该方法通过在主镜左右附近安装两个测量相机，对同一次镜上的靶条进行成像，根据双目视觉原理，求解出次镜偏移量，从而根据偏移量对次镜完成定标，该方法转动角求解精度可达角秒级别，平移量求解精度可达

【技术实现步骤摘要】
一种大口径光学成像系统次镜高精度定标方法


[0001]本专利技术涉及光学成像系统
，特别是涉及一种大口径光学成像系统次镜高精度定标方法
。

技术介绍

[0002]由于卫星在发射振动
、
重力释放
、
微重力和热环境变化等因素的综合影响将使相机框架发生难以估计的变形，使各组件产生位置失调
。
三反光学系统中，次镜的尺寸最小，但位置公差最为严格，少量的失调就会严重影响最终的像质
。
因此在运行过程中，为保证像质，需要对相机组件的失调和变形进行高精度测量，以便后续对相机状态进行补偿和调整
。

技术实现思路

[0003]为了解决对相机组件进行高精度定标，以便于对相机状态进行补偿和调整这一问题，本专利技术提供一种大口径光学成像系统次镜高精度定标方法
。
[0004]一种大口径光学成像系统次镜高精度定标方法，该方法包括如下步骤：
[0005]步骤1：在次镜面均匀放置
N
个十字靶条；
[0006]步骤2：根据相机探测器拼接后像元个数，初始阶段将相机探测器按照拼接后从左到右，呈中心对称分布，初步约定中间位置探测器的中心像元为初始主点
O
；
[0007]步骤3：将两台测量相机安放在主镜
XY
面上，左右侧各固定一台测量相机，并建立镜面坐标系与相机坐标系的转换关系；
[0008]步骤4：光管出光口对准测量相机，调整光管和测量相机的位置，使得靶条能够在相机焦面上清晰成像，然后光管固定不动；
[0009]步骤5：标定两台测量相机的安装矩阵，分别记为
R
l
和
R
r
；
[0010]步骤6：执行如下的步骤7至步骤9，进行第一次测量和校正；
[0011]步骤7：记录初始时刻靶条成像像元在两台测量相机的成像位置和其中，
(x0,y0,
‑
f)
为相机主镜主点的位置，
N
为成像点的个数；
[0012]步骤8：记录
t
时刻靶条成像像元在两台测量相机的成像位置和
[0013]步骤9：解算出相机的平移量
Lx、Ly、Lz
和绕着
Z
轴的转动角
ψ
，具体解算过程如下：
[0014]步骤9‑1：根据
t
时刻两台测量相机同时对第
i
个靶条成像，解算第
i
个靶条成像物方点在
I
系的坐标位置
(Xt
i
，
Yt
i
，
Zt
i
)
，计算公式如下：
[0015][0016][0017][0018]其中，
(X
sl
,Y
sl
,Z
sl
)、(X
sr
,Y
sr
,Z
sr
)
分别为
t
时刻左右测量相机对所有靶条在
I
系下的坐标的点集；
[0019][0020]步骤9‑2：根据公式
(5)
求解
t
时刻次镜面在三个方向上的相对平移量
Lx、Ly、Lz
：
[0021][0022]其中，
c1
～
c9
为旋转矩阵中的参数；
[0023]步骤9‑3：针对每个点列出三个误差方程：
[0024][0025]通过最小二乘法进行求解，计算出参数
c1
～
c9
，进而解算出次镜绕
Z
的角度
ψ
；
[0026]步骤
10
：对次镜绕着
Z
轴反向转动角度
ψ
；
[0027]步骤
11
：保持次镜绕
Z
轴的角度不变，进行第二次测量和校正过程，循环步骤7至步骤9，解算出次镜绕着
Y
轴的转动角
θ
；
[0028]步骤
12
：对次镜绕着
Y
轴反向转动角度
θ
；
[0029]步骤
13
：保持次镜绕
Z
轴和
Y
轴的角度不变，进行第三次测量和校正过程，循环步骤7至步骤9，解算出次镜绕着
X
轴的转动角
[0030]步骤
14
：对次镜绕着
X
轴的反向转动角度
[0031]本专利技术所提供的一种大口径光学成像系统次镜高精度定标方法，通过在主镜左右
附近安装两个测量相机，对同一次镜上的靶条进行成像，根据双目视觉原理，求解出次镜偏移量，从而进行次镜定标，该方法转动角求解精度可达角秒级别，平移量求解精度可达
nm
级别，具有次镜定标精度高的优点，经过高精度定标后的次镜能够提高成像系统的像质，同时为后续对成像系统的状态补偿和调整奠定基础
。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例中次镜和主镜的安装示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例中次镜
、
主镜及相机坐标系示意图
。
具体实施方式
[0034]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明
。
[0035]本实施例提供一种大口径光学成像系统次镜高精度定标方法，该方法包括以下步骤：
[0036]步骤1：在次镜面均匀放置
N
个十字靶条，例如
N
＝
12
；
[0037]步骤2：根据相机探测器拼接后像元个数，在初始阶段将相机探测器按照拼接后从左到右，呈中心对称分布，初步约定中间位置探测器的中心像元为初始主点
O
；
[0038]步骤3：如图1所示，将两台测量相机安放在主镜的
XY
面上，左右侧各一台测量相机，固定好之后，建立镜面坐标系与相机坐标系的转换关系，如图2所示，其中镜面坐标系包括主镜面坐标系和次镜坐标系，主镜面坐标系记为
I
系，次镜坐标系记为
C
系，主镜左右两侧安装的测量相机坐标系分别记为
Cl
系和
C2
系；
[0039]步骤4：光管出光口对准测量相机，调整光管和测量相机的位置，使得靶条能够在相机焦面上清晰成像，然后保持光管固定不动；
[0040]步骤5：标定左右两台测量相机的安装矩阵，分别记为
R
l
和
R
r
；
[0041]步骤6：执行如下的步骤7至步骤9，进行第一次测量和校正过程，校正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种大口径光学成像系统次镜高精度定标方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在次镜面均匀放置
N
个十字靶条；步骤2：根据相机探测器拼接后像元个数，初始阶段将相机探测器按照拼接后从左到右，呈中心对称分布，初步约定中间位置探测器的中心像元为初始主点
O
；步骤3：将两台测量相机安放在主镜
XY
面上，左右侧各固定一台测量相机，并建立镜面坐标系与相机坐标系的转换关系；步骤4：光管出光口对准测量相机，调整光管和测量相机的位置，使得靶条能够在相机焦面上清晰成像，然后光管固定不动；步骤5：标定两台测量相机的安装矩阵，分别记为
R
l
和
R
r
；步骤6：执行如下的步骤7至步骤9，进行第一次测量和校正；步骤7：记录初始时刻靶条成像像元在两台测量相机的成像位置和其中，
(x0,y0,
‑
f)
为相机主镜主点的位置，
N
为成像点的个数；步骤8：记录
t
时刻靶条成像像元在两台测量相机的成像位置和步骤9：解算出相机的平移量
Lx、Ly、Lz
和绕着
Z
轴的转动角
ψ
，具体解算过程如下：步骤9‑1：根据
t
时刻两台测量相机同时对第
i
个靶条成像，解算第
i
个靶条成像物方点在
I
系的坐标位置
(Xt
i
，
Yt
i
，
Zt
i
)
，计算公式如下：，计算公式如下：，计算公式如下：其中，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂婷，黄良，李明轩，袁航飞，吕恒毅，韩诚山，李国宁，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：