[发明专利]一种二维自准直仪及基于其的图像定位计算方法和装置

权利要求书

1.一种二维自准直仪，其特征在于，包括：光源、分划板、第一分光镜、准直物镜、第二分光镜、第一图像传感器和第二图像传感器；

所述第一图像传感器和所述第二图像传感器分别位于所述第二分光镜的透射方向和反射方向；所述光源位于第一分光镜的入射方向，且所述分划板位于所述光源与所述第一分光镜之间；所述第二分光镜位于第一分光镜的透射方向；所述准直物镜放置在第一分光镜的反射方向；所述目标反射镜位于所述准直物镜的透射方向；所述分划板、所述第一图像传感器和所述第二图像传感器均位于光路模块等效的准直物镜的焦平面上；

所述分划板包括相互垂直的竖排狭缝和横排狭缝，位于光源照射的一个平面上；竖排狭缝的像与靶面水平的第一图像传感器相交；横排狭缝的像与靶面竖直的第二图像传感器相交；其中，横排狭缝和竖排狭缝均大于等于1；

所述分划板用于接收光源提供的光束，将光束分解为两组正交的多路子光路；所述第一分光镜用于将多路子光路反射，反射后的多路子光路透过准直物镜至目标反射镜；所述目标反射镜用于将多路子光路反射至准直物镜后，透过第一分光镜；所述第二分光镜用于将透过第一分光镜的准直光束分解为正交的两组反射光束；所述第一图像传感器和第二图像传感器用于采集正交的两组反射光束形成的初始图像。

2.根据权利要求1所述的二维自准直仪，其特征在于，所述第一图像传感器和第二图像传感器分别为第一线阵CCD探测器和第二线阵CCD探测器；或第一图像传感器和第二图像传感器分别为第一CMOS传感器和第二CMOS传感器。

3.一种基于二维自准直仪的图像定位计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用横排狭缝和竖排狭缝将光源提供的光束分解为两组正交的多路子光路；

将多路子光路经第一分光镜反射后准直至目标反射镜；

利用第二分光镜将准直光束分解为正交的两组反射光束；

正交的两组反射光束分别传输至第一图像传感器和第二图像传感器形成初始图像；

根据横排狭缝和竖排狭缝的排列及宽度，从初始图像中截取与目标图像对应像素点的数据，得到目标图像所在区域的像素点索引及其对应的光强信号数据；

在初始图像中选取除目标狭缝对应区域之外的像素点数据作为本底，在目标图像所在区域对应的光强信号数据上扣除暗电流与背景光信号；

基于扣除本底后的光强信号数据，通过图像灰度重心法，得到目标图像中心的初步位置；

根据目标图像中心的初步位置，生成余弦型参考函数；参考函数的横坐标与目标图像所在区域的像素点索引对应，其形状与目标图像形状一致，包含的周期数等于狭缝数量，其初相位与目标图像初步位置关联；

将参考函数与目标图像数据作互相关分析，求出互相关函数的最大值；最大值对应的横坐标位置加上参考函数对应的初始位置，获取目标图像中心的实际位置；

根据目标图像中心的实际位置与位置零点的偏差，计算待测目标的待测角度；

其中，所述二维自准直仪为权利要求1所述的二维自准直仪。

4.根据权利要求3所述的图像定位计算方法，其特征在于，待测目标的待测角度为：

θ＝arctan(Δd/f)×1/2

其中，θ为待测目标的待测角度；Δd为目标图像中心的实际位置与位置零点的偏差；f为自准直仪的准直物镜焦距。

5.根据权利要求3或4所述的图像定位计算方法，其特征在于，所述位置零点的获取方法为：

利用角锥棱镜作为检验目标，使准直光束与多路子光路在准直物镜与第一分光镜间的传播重合，返回至第一图像传感器和第二图像传感器获取的图像位置为位置零点。