[发明专利]一种高精度同步扫描光学系统装调精度评估方法

说明书

本发明涉及一种高精度同步扫描光学系统装调精度评估方法，属于光学系统高精度装调领域。通过同步扫描镜的旋转，使得激光光源投射在屏上不同的位置，记录扫描镜处于不同角度位置时的探测器上像点的像面坐标；同时根据小孔成像原理将物方光点投影至探测器，得到像方光点的横向坐标，再通过直线拟合，得到直线斜率，进而可得到该斜率的反正切角度，该角度即为反映同步扫描光学系统装调状态的量。本发明有效解决了同步扫描光学系统装调状态评估步骤复杂、效率低下的问题，具有操作简单、易于实施的特点。

技术领域

本发明涉及一种装调精度评估方法，尤其是一种高精度同步扫描光学系统装调精度评估方法，属于光学系统高精度装调领域。

背景技术

各类主、被动三维成像测量方法以其非接触、高精度、高速度、小型化、一体化和动态测量的特点，广泛应用于测绘、卫星地外天体着陆避障和空间非合作目标测量等领域。三维成像测量的体制主要有双目立体视觉、基于飞行时间法的激光雷达和三角结构光测量法等。

双目立体视觉法测量速度快、效率，但图像匹配比较困难，而且受目标纹理和环境光的影响较大；基于飞行时间法的激光雷达测量范围大、抗杂光能力强，但测量精度为几厘米，无法满足高精度测量的需求。三角结构光由于激光能量集中抗杂光能力强、结构简单和精度高而得到广泛的应用。三角结构光系统一般采用激光器移动或偏转、多面体棱镜旋转和两个振镜同时旋转等方法实现光束二维扫描，但驱动装置负载较大，不适合快速测量，测量范围比较小。Marc等提出在接收光路中加入以扫描镜(同步扫描镜)，使接收光和发射光同步旋转，即同步扫描的思想。与传统三角测量法相比，同步扫描技术的引入扩大了三角结构光系统的景深和测量范围。但，同步扫描光学系统的装调是相对普通反射光学系统而言，难度稍大。

一般情况下需要利用经纬仪等仪器测量系统中各反射镜的法线，然后得到各反射镜尤其是同步扫描镜和基准面之间的位置关系，测量步骤繁杂，效率低下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明通过采用同步扫描镜旋转的方式，得到扫描镜处于不同角度位置处的像方光点的像面坐标和横向坐标，通过直线拟合和反正切计算即可得到同步扫描光学系统装调状态的评估量，有效解决了同步扫描光学系统装调状态评估步骤复杂、效率低下的问题，具有操作简单、易于实施的特点。

本发明技术解决方案：

一种高精度同步扫描光学系统装调精度评估方法，包括以下步骤：

(1)根据同步扫描系统的视场，确定同步扫描镜的扫描范围，将其扫描范围等分成N份，共可取N+1个点；并在同步扫描光学系统的前方放置一个接收屏，使得激光光点打在接收屏上；

(2)设置面阵探测器的积分时间，使得接收屏对应的灰度值不超过灰度饱和值×30/255；设置激光光源的发光功率，使得像面上激光光点区域像素的最大灰度值超过灰度饱和值×150/255，且不能出现饱和像素；

(3)控制扫描系统使得同步扫描镜进行偏转，使得同步扫描镜分别在上述N+1个点处停留，记录各点处同步扫描镜的角度；

(4)获取面阵探测器的图像数据，通过直方图统计方式确定背景阈值，在接收屏对应的图像范围内，所有灰度值高于背景阈值的像素点为激光点对应的像点；

(5)根据小孔成像原理，计算屏上每个激光光点投影到面阵探测器上的横向坐标；

(6)以激光光点投影到面阵探测器的横向坐标为因变量，像点的在像面上的行坐标为从变量，拟合直线，得到直线的斜率k，计算反正切角度theta，theta即此时同步扫描系统的调整评估值；

调整同步扫描镜的法线和基准面的夹角，使得theta的绝对值减小，直到满足需求。

进一步的，步骤(4)中，激光点的像素坐标为：