摘 要:在用平行光管视差仪或视度筒检测光学仪器的视差时,检测结果受人的主观影响太大。为此,提出了应用CCD进行视差智能化检测的方法,并推导出了用该方法检测的理论依据。通过与视度筒检测的结果相比较,发现二者基本一致。该方法不但具有快速、定量化检测的特点,而且能直观的给出视差量的大小,实现了光学仪器视差检测的自动化。
1 引 言
视差作为基本的光学参量,其检测手段仍然比较落后。在文献[1]中给出了两种检测视差的传统方法:平行光管视差仪检测和视度筒检测。前者是根据存在视差的仪器,当眼瞳在出瞳平面内摆动时,由其产生瞄准误差的原理制成的。其缺陷是:它只能测出被检系统的视差是否在所要求的范围内,而不能定量给出视差量的大小。后者是用视度筒分别测出被检仪器分划线与无穷远物像的像方视度值。二者之差作为视差大小的量度。其缺陷是:除视度筒本身精度造成的误差外,在判断分划刻线或无穷远物像“清晰”时,人的主观影响太大。为了克服这些缺点,使检测向数字化和定量化方向发展,并使结果更具客观性,改变了利用人眼或简单光学仪器进行检测的方法,引入了光电转换器件CCD,并利用计算机进行数据处理,从而实现了从白光向光电,定性向定量的过渡。
2 视差自动检测原理
鉴于传统视差检测手段的缺陷,提出了应用CCD测量视差的方法。测试系统构成如图1所示。
其工作过程是,被检仪器的分划刻线和无穷远物(平行光管分划刻线)经摄像物镜成像在CCD面上,图像采集卡将这幅模拟的连续图像转化为离散数字图像,并存入计算机。挡光板可以在步进电机带动下切割从被检仪器出射的光束,切割量可由控制系统控制。对于存在视差的仪器来说,当挡光板在被检仪器出瞳平面内切割光束时,无穷远物像与被检仪器分划刻线像就会产生相对横向移动,该量可以由计算机经数据处理得出。该移动量与被检仪器线视差d之间存在着一定的数量关系。
其光路图如图2所示。图2中,Fw为摄像头物镜物方焦点;F′w为摄像头物镜像方焦点;Fm为被检仪器的物方焦点;F′m为被检仪器的像方焦点;l为被检仪器目镜与摄像头物镜之间的距离。
设被检仪器视差为d(包括符号),对被检仪器目镜来说,x=- d。由牛顿公式x·x′=-f2m得
式中,x为被检仪器目镜物方焦点到物的有向线段的值;x′为被检仪器目镜像方焦点到像的有向线段的值;fm为被检仪器目镜焦距。
当挡光板切割光束时,如图2所示,EF是切割光束时主光线的移动量,OB是相应的图像在CCD面上的移动量,由相似三角形及平行线截线段定理可得
式中,EF是挡光板移动量;OB是相应的图像在CCD面上的移动量;fm为被检仪器的目镜焦距;fw为CCD摄像头物镜焦距。在这里,fm,fw均为已知量,EF由控制系统给出,OB可由数据处理系统计算得到。
3 实验结果及误差分析
图3和图4是在测试军用62式8倍望远镜视差时,用CCD采集的两幅图像。图3为切割出瞳前无穷远物像(平行光管分划刻线)与望远镜分划刻线像的位置关系,图4为切割出瞳后两目标像的位置关系。
在图3和图4中,白线为平行光管分划刻线,暗黑线为望远镜分划刻线。由计算机程序计算出的结果是:线视差d=0·41mm,用视度筒检测的该望远镜的视差是1·6m-1,相当于线视差为0·39mm,二者基本一致。表1列出了对五具望远镜分别进行检测的一组实验数据,从表中可看出,二者的检测结果是基本一致的。
检测过程中的误差主要来源于三个方面:一是当分划刻线在CCD面上不是理想成像时,分划刻线像在CCD面上就会发生弥散,数据处理系统在检测线的位置时就会引入误差。二是CCD灵敏度的影响。挡光板的移动量不可太大,以保证图像与背景间有相当的对比度,否则将导致检测结果与实际值不相符。挡光板移动量最好在D/4~3D/4之间,其中,D为被检仪器出瞳直径。三是CCD分辨率的影响。由于CCD分辨率的限制,使得在检测目标像之间的移动量OB时会产生误差。
4 结 论
该方法弥补了传统方法中检测结果受人的主观影响太大的不足,引入了电荷耦合器件CCD,并与计算机想结合,采用图像处理的方法对视差进行定量检测,这在很大程度上使视差的检测手段大大完善,基本达到了自动化、客观检测的目的。
参考文献:
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作者简介:张伟(1977-),男,山东省淄博市人,石家庄军械工程学院光学教研室硕士研究生,主要从事光学仪器智能化检测方面的研究。
