1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 西安电子科技大学 物理与光电工程学院，陕西 西安 710071
3 西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安 710021
When the collimator is placed horizontally and installed obliquely, its optical parameters will be greatly different due to different stress states. In order to accurately evaluate the focal length of collimator, according to the mapping relationship between the point on the focal plane of the collimator and the angle of the total station, an accurate mathematical model of the relationship between the focal length and the angle of the total station under the condition of oblique installation is established, the principle projection error caused by the rotation of the vertical axis of the total station is corrected. Several groups of data are collected by total station and experimental verification is carried out. After correcting the distortion, the focal length calculated by each testing point when the line segment is parallel to the vertical wire are 1 980.03 mm, 1 983.45 mm, 1 982.79 mm, the average focal length, i.e. the true value, is 1 982.09 mm. When the distortion is corrected but the projection error is not corrected, the focal length calculated from each testing point when the line segment is parallel to the horizontal wire of the reticle is 996.42 mm, 995.23 mm, 995.22 mm, the relative error of the average focal length is 50.2%. The range of focal length calculated by each testing point when the line segment is located in different quadrants and parallel to the horizontal wire of the reticle is 4.74 mm after correcting the projection error and distortion, the average focal length of all testing points is 1982.69 mm, the difference between the average value and the true value is 0.6 mm. The maximum relative error between the extended uncertainty of the focal length calculated by different testing point and the true value of the focal length is 0.36%. This value is far less than the stipulation in GB/T 9917.1-2002 that the relative error between the measured focal length and the nominal focal length in the photographic lens does not exceed ±5%. The experimental results show that the model has universality and high accuracy, the phase of the target slit in the reticle is allowed to be a random value, there is no need to adjust the slit to be strictly parallel to the vertical wire of the total station, the model has great engineering application value for the in-situ detection of the focal length of the collimator under the condition of oblique installation.
焦距 畸变 投影误差 原位标定 随机相位 focal length distortion projection error in-situ calibration random phase 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220124
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现光电经纬仪姿态测量精度的室内测试和评价,介绍了光电经纬仪姿态测量方法,依据蒙特卡罗方法对测量站的姿态测量误差源进行了分析,得出姿态测量精度的主要影响因素,进而提出了一种室内姿态测量精度检测方法。基于外场理论弹道、目标姿态以及测量站站址,通过逆姿态测量理论计算得到姿态测量原始数据,再将姿态测量原始数据输入姿态测量设备,通过比较理论目标姿态和姿态测量设备给出的目标姿态,得到姿态测量设备的姿态测量精度。依据该方法,对某型号姿态测量设备进行了姿态测量精度检测。通过实验可得到该姿态测量设备的姿态测量精度,即航向角测量误差不大于1.9°,俯仰角测量误差不大于0.4°。
测量 姿态测量精度 光电经纬仪 蒙特卡罗 坐标变换
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对实验室高星等目标模拟问题,设计了一种由光源、可调光阑、积分球、光电探测器和平行光管组成的弱光单星模拟器,用于检测探测相机、星敏感器的星等探测能力。推导了光电探测器读数、积分球出口光谱辐亮度随可调光阑遮拦比的变化关系,结合星等定义公式和像面照度公式,介绍了弱光单星模拟器的工作原理,解决了高星等目标的标定难题。理论分析了弱光单星模拟器的星等模拟范围及精度,结果表明其最高可模拟19.5 Mv星等,精度为11.6%;模拟低于15 Mv星等时,精度优于8%。实验结果表明:实验室内,模拟星等与KLL-04型弱光照度计实测星等的相对误差最大为7.09%;实验室的探测相机与天文观测的探测相机所测得的星等探测能力在6.5 Mv处的相对误差为1.9%,在15.2 Mv处的相对误差为2.6%。所设计弱光单星模拟器能够对高星等目标进行有效模拟。
测量 星模拟器 光电探测器 高星等 地面标定 光学学报
2017, 37(10): 1012001
中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
为了定量评价探测相机的成像质量，提出用二维各向异性高斯函数拟合的方法来评价相机的成像效果。用探测相机采集星模拟器产生的无穷远处的点目标，形成在一定区域内的能量分布。以拟合后的高斯能量分布与原分布的相关度最大为判据,对此能量分布进行二维各向异性高斯拟合，得到其高斯半径、异化因子等参数；对拟合后的结果进行数值积分得到80%能量所占区域的大小。实验结果显示：相关度的引入，实现了背景阈值、异性因子的自动优化，减少了面阵探测器的噪声对测试结果的影响；而异性因子的引入，对像素相位误差的评估、光学系统像差对测试结果的影响，均可作为弥散斑测试定量确认的依据。测试实验显示：弥散斑等效面积圆直径测试重复性在“十”字工况吸收为0.15 pixel,在“田”字工况下为0.19 pixel。提出的方法完成了探测相机对点目标所成弥散斑的测定，很好地控制了探测相机的成像质量。
探测相机 像素相位误差 背景阈值 二维各向异性高斯拟合 相关度 异性因子 spot-detecting camera pixel-phase error background threshold anisotropic Gaussian fitting correlation anisotropic factor 光学 精密工程
2017, 25(12): 3187
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
为了提高转镜式高速摄影机测量弹丸运动轨迹的精度，本文通过合理假设和理论推导，依据弹丸外弹道飞行运动模型得到了弹丸飞行过程的数学模型。结合室内检测条件，设计了用于转镜式高速摄影机角跟踪精度的检测装置并分析了测试原理。用该设备实测了转镜式高速摄影机的角跟踪精度，并对检测装置的测量不确定度来源进行了分析。结果显示：被测转镜式高速摄影机的角跟踪精度为（0.34±0.06）°，检测装置的相对不确定度为3.0″；不确定度来源主要为角度测量不确定度和焦距测量不确定度。实验结果表明，设计的检测装置具有较高的准确度和可靠性。
角跟踪精度检测 转镜式高速摄影 测量不确定度 弹丸飞行 angular tracing precision detection high speed rotating mirror photography measurement uncertainty projectile flight 光学 精密工程
2015, 23(12): 3303
中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
采用模拟试验在地面测试了月基望远镜(LOT)的星等探测信噪比及弥散斑能量集中度，用以验证望远镜的探测能力。与传统的通过分析CCD各项参数对噪声的影响来获得信噪比的方法不同，本文提出的方法客观、直接地通过图像信息来计算星点目标信噪比，其目标信噪比测试不确定度可优于8%。在测试弥散斑能量集中度时，通过质心算法求其弥散斑能量中心，进而提出了一种星点弥散斑高斯拟合方法来拟合弥散斑能量分布曲线。这种高斯拟合方法可使弥散斑能量集中度的测试精度提高10%。最后，通过试验测试了LOT相机星等探测信噪比及弥散斑能量集中度，验证了LOT相机+15 Mv的探测能力。
月基望远镜 探测能力 信噪比 能量集中度 定位精度 lunar-based optical telescope detectability signal-to-noise ratio concentration of energy positioning accuracy
中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
依据星载单镜头TDI CCD立体相机立体成像及测绘要求,结合普通测绘相机内方位元素,提出了星载单镜头立体相机内方位元素由焦距、主点位置、立体成像角(前后视交角)、图像畸变等元素组成。给出了立体相机内方位元素测试的方法,针对立体相机成像特点给出了计算内方位元素的算法,对其进行了实际测量和验证,其测量结果符合设计要求。
光学测量 TDI CCD立体相机 内方位元素 立体成像角 图像畸变 optical measurement TDI CCD stereo camera inner orientation elements stereo imaging angle image distortion
