仿生復(fù)眼系統(tǒng)的子眼安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)方法

張 廣，王新華，李大禹

(1.中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林 長(zhǎng)春 130033；2.吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130012)

1 引 言

隨著光學(xué)成像技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)和高分辨率的信息收集與記錄一直是光電成像系統(tǒng)追求的目標(biāo)。由于光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度與系統(tǒng)傳輸?shù)目傂畔⒘砍烧?，因此?duì)傳統(tǒng)光電成像系統(tǒng)而言，不可能同時(shí)大幅提高成像視場(chǎng)和分辨率。受昆蟲(chóng)復(fù)眼結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，仿生復(fù)眼光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，此類(lèi)系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立的子眼成像系統(tǒng)構(gòu)成，每個(gè)子眼對(duì)目標(biāo)物分別成像，彼此之間相互獨(dú)立互不干擾，最后將所有子眼圖像進(jìn)行拼接融合處理，即可獲得大視場(chǎng)無(wú)縫拼接圖像。這種系統(tǒng)可以很好地解決傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)存在的大視場(chǎng)、長(zhǎng)焦距、小體積和高分辨率的矛盾，并廣泛應(yīng)用于航空偵查、艦載預(yù)警、邊海防、廣場(chǎng)校園監(jiān)控等諸多領(lǐng)域[1-4]。

針對(duì)廣域范圍內(nèi)微小目標(biāo)快速獲取和精準(zhǔn)跟蹤的應(yīng)用需求，本課題組設(shè)計(jì)了由一級(jí)同心物鏡和二級(jí)子眼鏡頭陣列組成的大視場(chǎng)高分辨率仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)全視場(chǎng)高分辨率圖像的精準(zhǔn)無(wú)縫拼接，必須嚴(yán)格保證所有子眼鏡頭的安裝孔軸線與同心物鏡球心的對(duì)準(zhǔn)誤差在光學(xué)設(shè)計(jì)允許公差范圍內(nèi)，否則極有可能遺漏部分圖像信息[5-7]。目前針對(duì)多孔多光軸系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)誤差，暫無(wú)特定的檢測(cè)設(shè)備和方法。對(duì)于傳統(tǒng)的多孔結(jié)構(gòu)，可使用位置量規(guī)對(duì)孔的尺寸和位置公差進(jìn)行檢測(cè)，但檢測(cè)精度低，無(wú)法衡量孔的軸線與參考中心的對(duì)準(zhǔn)情況。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可對(duì)孔的尺寸及形位公差進(jìn)行精確測(cè)量與分析，但若用于仿生復(fù)眼系統(tǒng)的子眼安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)，則需要建立特定的坐標(biāo)系并將同心物鏡球心作為坐標(biāo)系原點(diǎn)，選擇合適的探針獲取安裝孔內(nèi)壁多個(gè)位置的三維坐標(biāo)值，最后通過(guò)多點(diǎn)測(cè)量擬合出每個(gè)子眼鏡頭的光軸。整個(gè)檢測(cè)方法復(fù)雜，而且同心物鏡的真實(shí)球心與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)定義的原點(diǎn)即虛擬球心不可避免地存在安裝誤差，此項(xiàng)誤差難以準(zhǔn)確衡量，這將嚴(yán)重影響各子眼安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[8-9]。近年來(lái)，長(zhǎng)春理工大學(xué)通過(guò)兩個(gè)高精度徠卡經(jīng)緯儀互瞄的方法實(shí)現(xiàn)了仿生復(fù)眼系統(tǒng)各子眼光軸夾角的測(cè)量[10]，但若將其用于本文基于同心物鏡式的仿生復(fù)眼系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)，必須配合高精度二維直線導(dǎo)軌以保證發(fā)光經(jīng)緯儀出射光充滿(mǎn)每個(gè)子眼的入瞳，從而導(dǎo)致檢測(cè)硬件造價(jià)昂貴。此外，還要將成像系統(tǒng)與經(jīng)緯儀轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，并綜合考慮坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差、導(dǎo)軌直線度誤差、導(dǎo)軌與經(jīng)緯儀配合誤差等多種誤差源對(duì)總體誤差的影響，整個(gè)數(shù)學(xué)建模和評(píng)價(jià)過(guò)程過(guò)于繁瑣復(fù)雜。

為解決仿生復(fù)眼系統(tǒng)子眼鏡頭光軸對(duì)準(zhǔn)難題，本文基于PSM(point source microscope)裝調(diào)定位儀的自準(zhǔn)直原理，通過(guò)轉(zhuǎn)接器將PSM分別固定在球形穹頂?shù)乃凶友坨R頭安裝孔中，計(jì)算經(jīng)同心物鏡反射后像點(diǎn)質(zhì)心偏離量與安裝孔軸線對(duì)準(zhǔn)誤差的關(guān)系，并利用Lighttools軟件仿真檢測(cè)光路，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差的檢測(cè)。該檢測(cè)方法簡(jiǎn)單實(shí)用，可為所有子眼鏡頭光軸與同心物鏡球心的對(duì)準(zhǔn)情況提供參考，從而實(shí)現(xiàn)所有子眼圖像的高精度無(wú)縫拼接。

2 系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理

2.1 仿生復(fù)眼系統(tǒng)的構(gòu)成

圖1為仿生復(fù)眼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，第一級(jí)成像系統(tǒng)是一個(gè)三膠合同心物鏡光學(xué)系統(tǒng)，由它將大視場(chǎng)的探測(cè)目標(biāo)完全一致地成像在一個(gè)球形焦面上(第一像面)，再由38個(gè)子眼鏡頭構(gòu)成的第二級(jí)成像系統(tǒng)將球形焦面成像到相應(yīng)的CMOS探測(cè)器上。由于這種仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)的特異性，第一級(jí)同心物鏡系統(tǒng)可被看作一個(gè)無(wú)光軸系統(tǒng)，即每一條通過(guò)球心的直線都可看成物鏡的光軸。為保證整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)成像的一致性，使得每個(gè)子眼所成圖像都能有足夠且準(zhǔn)確的重疊區(qū)域進(jìn)行計(jì)算拼接，從而獲得無(wú)縫拼接的大視場(chǎng)高分辨率圖像，每個(gè)子眼鏡頭的光軸必須精準(zhǔn)地穿過(guò)同心物鏡的球心。

圖1 仿生復(fù)眼系統(tǒng)示意圖 Fig.1 Diagram of bionic compound eye system

2.2 PSM系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

PSM裝調(diào)定位儀是美國(guó)亞利桑那大學(xué)光學(xué)中心研制的高精度輔助裝調(diào)工具，可幫助確定光學(xué)元件各個(gè)表面的曲率中心位置，從而完成光學(xué)系統(tǒng)各元件與基準(zhǔn)軸的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)精度可達(dá)亞微米級(jí)，其對(duì)仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)子眼安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)的影響可忽略不計(jì)[11]。本課題組在2014年采購(gòu)了該儀器，并用于復(fù)雜3D光學(xué)系統(tǒng)的輔助裝調(diào)。PSM的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖2所示，其中激光二極管作為點(diǎn)光源(Point light source)，準(zhǔn)直后經(jīng)反射鏡(反射鏡)折轉(zhuǎn)到分光鏡(Splitter)上，由物鏡(Objective lens)將準(zhǔn)直平行光匯聚到物鏡焦點(diǎn)處。理想情況下，當(dāng)待測(cè)球面的曲率中心與物鏡焦點(diǎn)重合時(shí)，光線經(jīng)待測(cè)表面反射沿原路返回，由管鏡(Tube Lens)匯聚在成像器件(CCD camera)靶面中心。而當(dāng)待測(cè)表面曲率中心與物鏡的焦點(diǎn)不重合時(shí)，光線經(jīng)待測(cè)面反射后無(wú)法原路返回，通過(guò)管透鏡匯聚在CCD相機(jī)的靶面，會(huì)形成偏離靶面中心的返回像光斑。由于PSM在實(shí)際加工和裝配過(guò)程中，無(wú)法精確保證點(diǎn)光源、分光鏡、管鏡、物鏡和CCD相機(jī)都處于同一基準(zhǔn)軸線，這樣即使待測(cè)表面曲率中心與物鏡的焦點(diǎn)重合，返回像光斑也不可能成像在CCD靶面中心。因此，必須首先確定PSM返回像的基準(zhǔn)零位，消除PSM內(nèi)部元件加工和裝調(diào)誤差對(duì)待測(cè)元件檢測(cè)結(jié)果的影響。

圖2 PSM實(shí)物圖及原理示意圖 Fig.2 Photo of PSM and detection principle diagram

PSM的輔助裝調(diào)過(guò)程與激光偏心測(cè)量?jī)x類(lèi)似[12]，利用激光偏心測(cè)量?jī)x進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)裝檢時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)三爪卡盤(pán)固定于高精度氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)，使返回像光斑作劃圓運(yùn)動(dòng)，通過(guò)擬合劃圓直徑即可獲取每個(gè)光學(xué)表面相對(duì)于最佳擬合光軸的偏心量[13]。然而，當(dāng)利用PSM進(jìn)行仿生復(fù)眼系統(tǒng)的子眼鏡頭安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)時(shí)，由于同心球透鏡無(wú)法精確旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)過(guò)程無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)。因此，需要研究一種利用PSM作為輔助工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)子眼安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差進(jìn)行檢測(cè)的有效方法。

3 檢測(cè)方法

3.1 PSM基準(zhǔn)參考零位的確定

基于PSM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和仿生復(fù)眼系統(tǒng)的成像原理，確定子眼鏡頭安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差的檢測(cè)方法如下：首先將PSM分別固定在支撐穹頂?shù)乃凶友坨R頭安裝孔中，然后在CCD相機(jī)上獲取經(jīng)同心物鏡反射后的返回像點(diǎn)，并求取該像點(diǎn)的質(zhì)心位置，計(jì)算其與基準(zhǔn)參考零點(diǎn)的偏離量，再推導(dǎo)此偏離量與子眼安裝孔軸線對(duì)準(zhǔn)誤差的幾何關(guān)系，并利用Lighttools軟件對(duì)檢測(cè)光路進(jìn)行仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

確定PSM基準(zhǔn)參考零位的實(shí)驗(yàn)如圖3所示。此處有必要說(shuō)明的是，在理想情況下，PSM物鏡的焦點(diǎn)應(yīng)與待測(cè)同心物鏡的球心重合，如圖2(b)所示。因此，需要根據(jù)子眼鏡頭支撐穹頂?shù)陌霃剑_定合適焦距的物鏡，保證檢測(cè)過(guò)程中返回像彌散斑直徑最小。由于仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)的支撐穹頂半徑為260 mm，選擇通光孔徑為25.4 mm，焦距為300 mm的雙膠合透鏡作為PSM的物鏡，并設(shè)計(jì)加工與之匹配的轉(zhuǎn)接器。需要注意的是通過(guò)轉(zhuǎn)接器將PSM固定在穹頂安裝孔時(shí)，要在軸向保留一定的微調(diào)余量，以保證利用自準(zhǔn)直法產(chǎn)生的PSM返回像點(diǎn)最小。實(shí)現(xiàn)對(duì)子眼安裝孔軸線對(duì)準(zhǔn)誤差的精確檢測(cè)，原則上即便無(wú)法滿(mǎn)足精確檢測(cè)的共焦條件，轉(zhuǎn)接器加工的高精度和后續(xù)質(zhì)心探測(cè)算法的高精度也足以保證返回像點(diǎn)的質(zhì)心位置偏差不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖3 返回像點(diǎn)基準(zhǔn)參考零位實(shí)驗(yàn)圖 Fig.3 Experiment of determining the reference zero position

在確定PSM基準(zhǔn)零位的實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)位移臺(tái)和升降臺(tái)，將物鏡的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)至漫反射鏡的大致中心位置，在CCD相機(jī)中觀測(cè)光線經(jīng)漫反射鏡返回像點(diǎn)。根據(jù)PSM的出廠參數(shù)，在光學(xué)軟件Lighttools中進(jìn)行建模分析，如圖4(a)所示。無(wú)論如何轉(zhuǎn)動(dòng)漫反射鏡的角度，只有近軸光線會(huì)經(jīng)過(guò)漫反射鏡反射后再次進(jìn)入PSM，最終由CCD接收到返回像點(diǎn)。理想情況下所有元件都處于同一基準(zhǔn)軸線上無(wú)偏心，這樣返回像點(diǎn)將落在CCD靶面中心，而實(shí)際情況下PSM存在加工及裝配偏心，導(dǎo)致返回像光斑不在靶面中心，而且彌散斑尺寸較大且分布較離散，如圖4(b)所示。因此，需要一種高精度方法確定光斑的質(zhì)心位置坐標(biāo)。

圖4 基準(zhǔn)零位仿真及實(shí)際返回像點(diǎn)圖 Fig.4 Diagram of reference zero position simulation and real reflected image

通常情況下，理想的光斑質(zhì)心坐標(biāo)是探測(cè)器所對(duì)應(yīng)區(qū)域S內(nèi)對(duì)各個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)與坐標(biāo)乘積的連續(xù)積分與光強(qiáng)在此區(qū)域內(nèi)的積分比值，可表示為：

(1)

而CCD探測(cè)信號(hào)的總誤差可表示為：

(2)

(3)

其中，M，N分別為探測(cè)窗口內(nèi)圖像行和列的像素?cái)?shù)，xi,yj分別為對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)，I為對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的強(qiáng)度值，ω為加權(quán)函數(shù)，此處采用冪指數(shù)加權(quán)質(zhì)心算法，其加權(quán)函數(shù)為ω=I3。同時(shí)將探測(cè)窗口選取與加權(quán)質(zhì)心算法組合起來(lái)最大程度地提高質(zhì)心探測(cè)精度，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：選取光斑尺寸稍大(1個(gè)像素)的模板，將模板置于光斑圖像的左上角，按左上-右上-右下-左下的方式依次掃描并求取模板覆蓋下光斑各像素強(qiáng)度和，將強(qiáng)度最大的模板位置作為實(shí)際光斑質(zhì)心的探測(cè)窗口位置，利用該方法可將質(zhì)心探測(cè)精度提升到亞微米級(jí)的0.15 pixel[14]，最終返回像光斑的質(zhì)心如圖4(b)矩形探測(cè)窗口內(nèi)十字位置，該標(biāo)注點(diǎn)即作為PSM的基準(zhǔn)零位。

3.2 對(duì)準(zhǔn)誤差的求取

確定PSM的基準(zhǔn)參考零位后，需要計(jì)算經(jīng)同心物鏡反射后像點(diǎn)質(zhì)心位置與子眼安裝孔軸線對(duì)準(zhǔn)誤差的幾何關(guān)系式。如圖5所示，圖中樣品為三膠合同心物鏡的第一片透鏡，由于同心物鏡是各光學(xué)表面共心的球形透鏡，若存在偏心量a，同心物鏡球心位置偏離光軸a，可等效為物鏡發(fā)生α角度傾斜，此時(shí)，返回光線將偏轉(zhuǎn)2α，經(jīng)物鏡、分束器和管透鏡成像在CCD靶面，設(shè)返回像點(diǎn)質(zhì)心偏離基準(zhǔn)零位的距離為d。

圖5 子眼鏡頭安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差與返回像點(diǎn)偏離量關(guān)系圖 Fig.5 Diagram of relationship between alignment error of sub-eye mounting holes and deviation of reflected image

則有如下關(guān)系式：

(4)

其中，fT為管透鏡的有效焦距，由PSM出廠參數(shù)表給出，fO為物鏡的有效焦距，rSample為同心物鏡第一光學(xué)表面的曲率半徑。利用 Lighttools對(duì)檢測(cè)光路進(jìn)行如圖6(a)所示的模型建立。圖6(b)為點(diǎn)光源發(fā)出光線經(jīng)同心物鏡第一表面反射后在CCD像面處接收的返回像點(diǎn)圖。在對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)過(guò)程中，PSM點(diǎn)光源發(fā)出的光線經(jīng)同心物鏡的第三、四膠合表面并反射后，返回像點(diǎn)能量很微弱，實(shí)際觀測(cè)中返回像點(diǎn)只受第一、二膠合表面的影響，而第一、二膠合表面的偏心量可用定心儀控制在探測(cè)器的兩個(gè)像元內(nèi)，對(duì)子眼安裝孔與同心物鏡球心對(duì)準(zhǔn)誤差的影響基本可忽略。根據(jù)多次偏心量仿真結(jié)果，擬合出返回像點(diǎn)偏離量d與同心物鏡球心偏離量a的函數(shù)曲線，如圖6(c)所示，仿真結(jié)果與理論推導(dǎo)一致，因此可用式(4)進(jìn)行所有子眼安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

圖6 檢測(cè)光路建模仿真分析 Fig.6 Simulated analysis of detection model

4 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

采用上述仿真分析結(jié)果進(jìn)行子眼安裝孔軸線與同心物鏡球心的對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，如圖7(a)所示。實(shí)驗(yàn)選擇穹頂奇數(shù)行的所有1-18號(hào)子眼鏡頭安裝孔為樣本進(jìn)行檢測(cè)。首先通過(guò)轉(zhuǎn)接器將PSM分別固定在子眼安裝孔中，理想情況下，轉(zhuǎn)接器的外徑與安裝孔的內(nèi)徑完全一致以保證配合的緊密性。但在實(shí)際加工和檢測(cè)過(guò)程中，間隙配合的安裝方式必然導(dǎo)致在某些孔位置存在松動(dòng)情況。仿生復(fù)眼系統(tǒng)的穹頂安裝孔、轉(zhuǎn)接器以及子眼鏡筒均采用同型號(hào)德國(guó)哈默高精度五軸機(jī)床加工。這能夠?qū)⒆友郯惭b孔與轉(zhuǎn)接器，以及子眼安裝孔與子眼鏡筒的安裝配合誤差通過(guò)間隙配合方式控制在5 μm范圍內(nèi)，設(shè)備的加工精度可保證子眼鏡筒與轉(zhuǎn)接器在安裝時(shí)具有可互換性，對(duì)準(zhǔn)誤差的衡量只需在后期將加工精度引起的安裝誤差疊加到實(shí)際檢測(cè)結(jié)果中，即可用轉(zhuǎn)接器與子眼安裝孔軸線的對(duì)準(zhǔn)誤差替代子眼鏡筒與安裝孔軸線的定位誤差。由于支撐穹頂厚度為30 mm，根據(jù)式(4)可計(jì)算出安裝孔與轉(zhuǎn)接器，以及安裝孔與子眼鏡筒配合誤差引起的對(duì)準(zhǔn)誤差最大偏離量為6 μm，并將其疊加至后續(xù)的檢測(cè)結(jié)果中以評(píng)價(jià)最終對(duì)準(zhǔn)誤差。為獲取更精確的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于每個(gè)孔位置均進(jìn)行多次測(cè)量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將轉(zhuǎn)接器分別繞安裝孔軸線旋轉(zhuǎn)，并采集10組數(shù)據(jù)取平均值，然后利用式(3)的加權(quán)質(zhì)心算法求取CCD返回像點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo)，并計(jì)算與PSM基準(zhǔn)零位的距離d，最后再利用式(4)獲取每個(gè)安裝孔軸線與同心物鏡球心的對(duì)準(zhǔn)誤差a。

圖7 子眼鏡頭安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)實(shí)驗(yàn) Fig.7 Alignment error detection experiment of sub-eye mounting holes

圖8 5、11、17號(hào)安裝孔對(duì)準(zhǔn)誤差多次檢測(cè)結(jié)果 Fig.8 Detection results of alignment error for NO.5、11、17 mounting holes

考慮到子眼安裝孔與轉(zhuǎn)接器的配合誤差，第 5、11、17號(hào)安裝孔的最終檢測(cè)結(jié)果如圖8所示，其中橫坐標(biāo)表示測(cè)量次數(shù)，對(duì)每個(gè)安裝孔均進(jìn)行10次檢測(cè)，縱坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)安裝孔軸線與同心物鏡球心的對(duì)準(zhǔn)誤差值。

所有18個(gè)安裝孔位置的最終對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)結(jié)果如圖9所示，其中橫坐標(biāo)表示安裝孔編號(hào)，縱坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)安裝孔軸線與同心物鏡球心對(duì)準(zhǔn)誤差的平均值。

圖9 18個(gè)安裝孔位置對(duì)準(zhǔn)誤差平均檢測(cè)結(jié)果 Fig.9 Detection results of average alignment error for 18 mounting holes

從檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，第 5、11、17號(hào)安裝孔的對(duì)準(zhǔn)誤差平均值分別為11.2、17.9、28.1 μm，算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.68、0.66、0.62。由于每個(gè)安裝孔的檢測(cè)次數(shù)較少，為衡量檢測(cè)數(shù)據(jù)的可信程度，按t分布計(jì)算極限誤差[15]：

δlimx=±tσ,

(5)

其中，δlimx為極限誤差，t為置信系數(shù)，σx為算數(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)t分布表，當(dāng)置信概率為0.99時(shí)，每個(gè)樣本安裝孔分別進(jìn)行10次測(cè)量，t=3.25，此時(shí)3個(gè)安裝孔的極限誤差分別為±2.21、±2.15、±2.02，所有檢測(cè)數(shù)據(jù)與平均值的偏離量均在極限誤差范圍內(nèi)，保證了檢測(cè)結(jié)果的可靠性。參照?qǐng)D9可知，所有子眼安裝孔軸線與同心物鏡球心的對(duì)準(zhǔn)誤差均小于30 μm。上述結(jié)果表明，利用此對(duì)準(zhǔn)方法可實(shí)現(xiàn)仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)的子眼裝調(diào)和標(biāo)定工作，并獲取了三億像素?zé)o縫拼接圖像，如圖10(a)所示，其中(b)、(c)為500 m處目標(biāo)的不同等級(jí)放大圖像。

5 結(jié) 論

由于仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特異性，傳統(tǒng)檢測(cè)方法難以快速準(zhǔn)確地衡量各子眼鏡頭安裝孔軸線與同心物鏡球心的對(duì)準(zhǔn)誤差，從而無(wú)法嚴(yán)格保證全視場(chǎng)無(wú)縫拼接圖像的獲取。本文基于PSM定位儀的自準(zhǔn)直反射原理，通過(guò)確定PSM的基準(zhǔn)參考零位，推導(dǎo)經(jīng)同心物鏡反射的像點(diǎn)質(zhì)心偏離量與子眼安裝孔軸線對(duì)準(zhǔn)誤差的關(guān)系，建立了檢測(cè)光路的Lighttools仿真模型，可精確衡量所有安裝孔軸線與同心物鏡球心的對(duì)準(zhǔn)情況。該檢測(cè)方法簡(jiǎn)單實(shí)用，適用于大尺寸復(fù)雜多孔類(lèi)結(jié)構(gòu)的軸線對(duì)準(zhǔn)誤差檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有子眼安裝孔軸線與同心物鏡球心的對(duì)準(zhǔn)誤差均小于30 μm，即便考慮同心物鏡的膠合偏心、PSM轉(zhuǎn)接器與子眼鏡筒的不一致性引起的微小影響，測(cè)量結(jié)果也完全滿(mǎn)足光學(xué)設(shè)計(jì)中子眼鏡頭光軸與同心物鏡球心對(duì)準(zhǔn)誤差小于50 μm的公差要求，從而保證了仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)大視場(chǎng)高分辨率無(wú)縫拼接圖像的獲取。