一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法
2023-05-29 06:46:41 1
一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法
【專利摘要】本發明涉及一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法，主要包括以下步驟：利用折轉平面反射鏡將紫外平行光管發出的平行光束折轉進入超大視場紫外臨邊成像儀中；通過六維轉臺帶動紫外臨邊成像儀沿儀器像面矢徑垂直方向旋轉，從而完成儀器同一入射角下的幾何定標；藉助經緯儀監測值，依次有序地改變折轉平面反射鏡折轉沿儀器像面矢徑方向的平行光束的角度，重複完成儀器不同入射角下的幾何定標工作；對儀器不同入射角下的幾何定標結果插值擬合，給出紫外臨邊成像儀像面所有像素對應的幾何方位。本發明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法適用於這種超大視場紫外臨邊成像儀的高精度幾何定標。
【專利說明】一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於光學幾何定標【技術領域】，具體涉及一種利用平行光管、六維轉臺及經緯儀等設備進行幾何定標的，超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法。
【背景技術】
[0002]光學遙感儀器用於探測臭氧等大氣痕量氣體，其探測反演數據不僅需要通過輻射定標來確定其大小，而且還要通過幾何定標來確定遙感儀器探測目標的位置屬性，兩者缺一不可。
[0003]國內外常用於遙感儀器幾何定標的主流方法依然是室內或野外檢校場、室內多級標定等，其基本原理均是通過測量物空間一系列已知幾何關係的物點之間投影到遙感儀器像空間像平面上不同像點之間的位置坐標變化關係，經後續直接線性變換或基於空間後方交會等算法的擬合計算，從而精確給出遙感儀器的幾何成像模型。室內或野外檢校場方法儘管精度較高，但建設成本也高，檢校場的大小直接依賴於遙感儀器視場角的大小以及幾何定標的距離，檢校場不同物點處的光源也需滿足遙感儀器探測的光譜需要；室內多級標定通過平行光管照明均勻分布圓形小孔標記的平板作為物點，平板可沿長直導軌滑動從而對遙感儀器產生不同的距離及視場張角，但導軌需要有很高的直線度，平行光管的口徑及平板的大小也直接受制於遙感儀器的視場大小。
[0004]近年來，為滿足空間大氣遙感探測需求，發展了一種140° -146°超大視場紫外臨邊成像儀，對於此類儀器幾何定標來說，室內或野外檢校場方法精度較低且成本太大，室內多級標定也由於紫外平行光管口徑的加大、平板尺寸的加大以及相應導軌加長等諸多因素的限制也不適用。
【發明內容】
[0005]本發明要解決現有技術中的幾何定標方法標定超大視場紫外臨邊成像儀精度較低及成本太大的技術問題，提出一種利用平行光管、六維轉臺及經緯儀等設備進行幾何定標的，超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下:
[0007]—種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法，主要包括以下步驟:
[0008]利用折轉平面反射鏡將紫外平行光管發出的平行光束折轉進入超大視場紫外臨邊成像儀中；
[0009]通過六維轉臺帶動紫外臨邊成像儀沿儀器像面矢徑垂直方向旋轉，從而完成儀器同一入射角下的幾何定標；
[0010]藉助經緯儀監測值，依次有序地改變折轉平面反射鏡折轉沿儀器像面矢徑方向的平行光束的角度，重複完成儀器不同入射角下的幾何定標工作；
[0011]對儀器不同入射角下的幾何定標結果插值擬合，給出紫外臨邊成像儀像面所有像素對應的幾何方位。[0012]上述技術方案中，所述折轉平面反射鏡表面蒸鍍紫外高反膜，通過L形連接板固定在一維轉臺表面，其反射面與一維轉臺旋轉表面垂直。
[0013]上述技術方案中，所述紫外臨邊成像儀通過連接板與六維轉臺連接固定，所述連接板可保證儀器光軸與六維轉臺的旋轉軸線儘可能重合。
[0014]上述技術方案中，所述經緯儀可以:
[0015]沿折轉反射鏡反射平行光束方向直接觀測給出上述紫外臨邊成像儀的入射視場角；
[0016]通過對一維轉臺旋轉表面監視反射鏡自準直，精確地給出一維轉臺的旋轉角度；
[0017]對儀器安裝水平面上標準立方稜鏡自準直，指導調節儀器光軸始終垂直水平面。
[0018]本發明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法，所述儀器像面矢徑垂直方向及矢徑方向是基於像面中心像素為極坐標原點，矢徑方向對應儀器臨邊觀測高度方向，矢徑垂直方向對應臨邊觀測方位方向。
[0019]所述對儀器不同入射角下的幾何定標結果插值擬合，主要是考慮儀器像面像素點太多，逐點幾何定標不太現實，因而對儀器全視場選擇性的給出一些幾何定標結果，通過插值擬合給出像面像素點與儀器觀測目標幾何坐標間的關係，插值擬合的好壞可通過抽選視場加以檢驗。
[0020]本發明具有以下的有益效果:
[0021]本發明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法，通過平行光管、六維轉臺及經緯儀等設備，精確地模擬儀器實際工作時的幾何觀測情況，極大地降低了儀器超大視場幾何定標所帶來的立體空間需求以及隨之而來的成本要求；同時，經緯儀及六維轉臺系統的精度遠小於儀器像面單像素對應的視場角，使得幾何定標結果具有很高的精度和重複性；該方法所利用的設備重複使用率高，尤其紫外波段信號強，尤其適用於這種超大視場紫外臨邊成像儀的聞精度幾何定標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0023]圖1是一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法的結構示意圖。
[0024]圖中的附圖標記表示為:
[0025]1-紫外光源；2_平行光管；3_ —維轉臺；4_折轉平面反射鏡；5_六維轉臺；6_控制電箱；7-儀器轉臺連接板；8-標準立方稜鏡；9_監視平面反射鏡；10_萊卡經緯儀；11-萊卡經緯儀；12_紫外臨邊成像儀；13?15-經緯儀的觀測方位。
【具體實施方式】
[0026]本發明的發明思想為:本發明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法，利用平行光管和折轉平面反射鏡模擬任意方位無窮遠觀測目標，並通過高精度萊卡經緯儀及六維轉臺系統準確地給出無窮遠目標相對於儀器的方位，尤其適用於超大視場紫外成像儀的高精度幾何定標。
[0027]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步地描述:
[0028]如圖1所示，本發明的一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法適用的幾何定標裝置包括:平行光管系統(紫外光源1、平行光管2、一維轉臺3、折轉平面反射鏡4)、六維轉臺系統(六維轉臺5、控制電源6、儀器轉臺連接板7)、監視系統(標準立方稜鏡8、監視平面反射鏡9、萊卡經緯儀10、萊卡經緯儀11)。其中，折轉平面反射鏡4可將平行光管2發出的平行光束折轉，一部分沿經緯儀觀測方向13由萊卡經緯儀11進行角度確認，一維轉臺3依據萊卡經緯儀11確認結果調節折轉平面反射鏡4反射光束角度，從而使另一部分平行光束以已知角度進入紫外臨邊成像儀12的視場，萊卡經緯儀10沿觀測方向14記錄此時監視平面反射鏡9的角度；
[0029]萊卡經緯儀11沿觀測方向15監視標準立方稜鏡8，通過控制電箱6調節六維轉臺5水平面內兩個相互垂直方向的傾斜，始終保證紫外臨邊成像儀光軸垂直於水平面，繼續通過控制電箱6調節六維轉臺5水平面內的旋轉，從而給出紫外臨邊成像儀同一入射角下360°全方位的成像點(垂直像面矢徑方向)；
[0030]通過一維轉臺3改變折轉平面反射鏡4反射平行光束角度，重複以上步驟即可得到紫外臨邊成像儀一系列入射角下360°全方位的成像點，通過插值擬合可給出像面所有像素點與儀器實際觀測目標幾何坐標間的關係。
[0031]本發明的一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法，通過高精度萊卡經緯儀監測折轉平面反射鏡對平行光束進行儀器像面矢徑方向的改變，通過高精度六維轉臺系統轉動紫外臨邊成像儀實現儀器像面垂直矢徑方向的變化，從而得到紫外臨邊成像儀像面上一系列像素點對應的儀器實際觀測目標幾何方位。該方法角度精度遠小於紫外臨邊成像儀像面單像素對應的視場角，且重複性高，紫外波段信號強，此外，由於折轉平面反射鏡對光束的折轉，幾何定標所需的實驗室空間大大減小，該方法尤其適用於超大視場紫外臨邊成像儀前期的光機裝調及後期的幾何定標。
[0032]本發明的超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法，所述儀器像面矢徑垂直方向及矢徑方向是基於像面中心像素為極坐標原點，矢徑方向對應儀器臨邊觀測高度方向，矢徑垂直方向對應臨邊觀測方位方向。
[0033]所述對儀器不同入射角下的幾何定標結果插值擬合，主要是考慮儀器像面像素點太多，逐點幾何定標不太現實，因而對儀器全視場選擇性的給出一些幾何定標結果，通過插值擬合給出像面像素點與儀器觀測目標幾何坐標間的關係，插值擬合的好壞可通過抽選視場加以檢驗。
[0034]實施例
[0035]本課題組研製的紫外臨邊成像儀，其臨邊方向視場角為140°?146°，中心波長295nm，焦距22.37mm，光譜解析度優於15nm，空間解析度要求小於3km。
[0036]為了對其進行幾何視場定標，傳統的室內檢校場或多級標定方法都面臨構建成本大的問題，且兩者都佔據空間大、具有排它性、構建時空間維上的距離誤差也較大，幾何定標精度難以保證儀器空間解析度小於3km的要求。
[0037]為此，藉助實驗室紫外平行光管、高精度六維轉臺及萊卡經緯儀，通過折轉反射鏡將紫外臨邊成像儀140°?146°臨邊成像光束折轉，從而精確地模擬出儀器像面上不同像素對應的實際目標方位。
[0038]本發明未詳細描述的內容為本領域技術人員公知技術。
[0039]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。
【權利要求】
1.一種超大視場紫外臨邊成像儀的幾何定標方法，其特徵在於，主要包括以下步驟: 利用折轉平面反射鏡將紫外平行光管發出的平行光束折轉進入超大視場紫外臨邊成像儀中； 通過六維轉臺帶動紫外臨邊成像儀沿儀器像面矢徑垂直方向旋轉，從而完成儀器同一入射角下的幾何定標； 藉助經緯儀監測值，依次有序地改變折轉平面反射鏡折轉沿儀器像面矢徑方向的平行光束的角度，重複完成儀器不同入射角下的幾何定標工作； 對儀器不同入射角下的幾何定標結果插值擬合，給出紫外臨邊成像儀像面所有像素對應的幾何方位。
2.根據權利要求1所述的幾何定標方法，其特徵在於，所述折轉平面反射鏡表面蒸鍍紫外高反膜，通過L形連接板固定在一維轉臺表面，其反射面與一維轉臺旋轉表面垂直。
3.根據權利要求1所述的幾何定標方法，其特徵在於，所述紫外臨邊成像儀通過連接板與六維轉臺連接固定，所述連接板可保證儀器光軸與六維轉臺的旋轉軸線儘可能重合。
4.根據權利要求1所述的幾何定標方法，其特徵在於，所述經緯儀可以: 沿折轉反射鏡反射平行光束方向直接觀測給出上述紫外臨邊成像儀的入射視場角； 通過對一維轉臺旋轉表面監視反射鏡自準直，精確地給出一維轉臺的旋轉角度； 對儀器安裝水平面上標準立方稜鏡自準直，指導調節儀器光軸始終垂直水平面。
【文檔編號】G01C25/00GK103968859SQ201410182281
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】楊小虎, 王淑榮, 黃煜, 林冠宇 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所