[发明专利]基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量仪器，特别涉及一种基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪。

背景技术

目前市场上的自准直仪包括机械式自准直仪和光电自准直仪。传统的机械式自准直仪存在人为的瞄准误差和估读误差；光电自准直仪中运用线阵CCD作为光电转换器件，不能反映被测物二维方向上的角位移，即使两条线阵CCD垂直放置，来实现二维方向的角位移测量，但是要保证两列CCD绝对垂直，同样存在不确定性；对于采用微机控制数据的读取、存储和处理的光电自准直仪，测量系统则过于庞大，便携性差。

发明内容

本发明是针对目前市场上的自准直仪存在的问题，提出了一种基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪及工作方法，真正实现了光电自准直仪的数字化，二维化，便携化。

本发明的技术方案为：一种基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪，包括由反射镜、自准直平行光管组成的光学系统和由面阵CMOS图像传感器、嵌入式系统硬件电路以及实时显示液晶组成的硬件电路系统，自准直平行光管包括光源、分划板、分光棱镜、准直透镜，光源发出的光通过分划板及分光棱镜，分划板位于光轴上的点透出的光线经过准直透镜后，出射一束平行光，平行光经平面反射镜反射后，成像于准直物镜的焦平面上，面阵CMOS图像传感器置于物镜的等效焦平面处实现光电转换，面阵CMOS图像传感器输出图像的数据经采集通道传输到嵌入式系统硬件电路进行数据的存储及处理，最后将计算所得角位移信息和采集的图像实时显示在液晶上。

所述嵌入式系统硬件电路包括JTAG下载电路、数据缓冲电路、FPGA可编程数字滤波电路、嵌入式内核处理器芯片及扩展存储器，面阵CMOS图像传感器输出到数字信号传输到FPGA可编程数字滤波电路，对数据进行滤波预处理，并产生面阵CMOS和液晶工作所需的驱动时序，经FPGA可编程数字滤波电路滤波后的数据信号传输到数据缓冲电路，而后将数据送入嵌入式内核处理器芯片，对数据进行一步的处理，转移和存储，FPGA可编程数字滤波电路配有JTAG下载电路。

一种基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪的工作方法，包括基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪，具体包括如下步骤：

1）当反射镜（1）与光轴垂直，则光线反射后经棱镜（23）反射，自准直仪的十字成像点通过面阵CMOS图像传感器（3）将数据送入嵌入式系统硬件电路（4），成像于点标定为理想零位像点；

2）反射镜（1）面不与光轴垂直，与垂直方向成                                               角，那么平行光线经反射镜（1）反射后会与原反射光线成2角，再经透镜（24）聚焦成像后，在图像传感器（3）接受面上实际像点与理想零位像点存在平面距离s；

3）将实际像点通过CMOS图像传感器采集到的图像数据传输到嵌入式的内核中进行存储、处理，计算，利用光路的几何关系计算出平面镜法线方向相对于准直光学系统主光轴的夹角，即，式中为光学系统的像方焦距。

本发明的有益效果在于：本发明基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪及工作方法，简化了系统的结构，缩小了系统的体积，提高测量效率，可视化的人机界面使得操作使用更加简单，真正实现了光电自准直仪的数字化，二维化，便携化。适用于各种需要高精度测量的场合，作为航空航天，机械制造，计量测试和科学研究等必备的校准测量仪器，广泛用于角度测量，导轨平直度和平行度测量，台面平整度测量以及精密定位等方面。

附图说明

图1为本发明基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪结构框图；

图2为本发明基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪中光学系统构成简图图；

图3为本发明基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪中像点和标准零点的相对位置示意图；

图4为基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪中硬件系统框图；

图5为基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪中面阵CMOS驱动电路连接图；

图6为基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪中FPGA的内部功能块示意图；

图7为基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪中DSP内部功能块及硬件连接示意图；

图8为基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪中嵌入了操作系统，系统流程图；

图9为基于面阵CMOS图像传感器的嵌入式光电自准直仪中跟踪十字光点位置实时显示在液晶屏示意图；