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基于微积分的光学仪器视差自动化检测方法

发表时间：2021/4/13 来源：《基层建设》2020年第32期作者：张圣清

[导读] 摘要：光学仪器误差是指分镜与目标像不能同时保持清晰的现象。当光学仪器受到猛烈的冲击或振动时，系统中的物镜、分度镜等部件会产生一定程度的物理位移，进而产生光学仪器的误差行为。

        山西航天清华装备有限责任公司计量处山西长治 046012
        摘要：光学仪器误差是指分镜与目标像不能同时保持清晰的现象。当光学仪器受到猛烈的冲击或振动时，系统中的物镜、分度镜等部件会产生一定程度的物理位移，进而产生光学仪器的误差行为。这些图像因子的存在将直接影响光学仪器的测量精度。为了解决上述问题，T-SPEC约束方法使用等效接收模型计算光学仪器的延迟特性，然后得到真实视差检测值。但这种方法不能完全遵循自动对焦的原理，不能有效提高视觉误差的应用精度。针对这一现象,引入微积分原理,通过数据的方法,计算出带宽复用节点开始,一种光学仪器的视差自动化检测方法基于微积分,在随后的应用过程中,通过对比实验,突出T -规范约束的务实方法和自动化检测方法之间的区别。
        关键词：微积分；光学仪器；视差；自动化检测
        1光学仪器视差自动化检测方法的实现
        基于光学仪器在微积分条件下的检测误差处理，根据聚焦模块设计、检测电路连接和视差灵敏度确定的原理，建立了光学仪器视差的自动检测方法。
        1.1调焦模块设计
        聚焦模块是光学仪器自动检测方法的核心应用组件。它由聚焦透镜体、物镜连接结构、分镜连接结构、光学仪器连接腔、数据传感结构和检测节点触发装置组成。其中，调焦镜体是直接实施光学仪器视差自动化检测指令的元件，可根据物镜、分划镜中入射光线的变化情况，改变检测节点的复用处理标准，进而达到控制光学仪器视差量的目的。物镜连接结构、分划镜连接结构是2个不同的误差数据传输通道，可根据调焦镜体中检测节点的排列现状，建立与物镜结构和分划镜结构的检测连接。调焦模块借助光学仪器连接腔与仪器设备建立数据传输关系，但在整个自动化检测过程中，该结构中流通的数据只与光学仪器的具体视差量相关。
        1.2检测电路连接
        检测电路以检测调焦设备作为核心连接元件，整个电路内部包含物镜输入、分划镜输入、光学仪器元件输入3个进项检测单元。电路中部结构由仪器端接口和接地端口组成，可按照微积分应用原理，分布光学仪器元件内部的检测电流。在电路内电子量超过额定限度条件时，接地端口可长时间保持连通传输状态，并将为完整应用的电量信息传输到光学仪器以外的元件设备中，以达到维持视差检测过程中电子量平衡状态的目的。电路环境中含有大量阻值为Ｒ的检测应用电阻，可根据光学仪器视差量的变化情况，选择性控制元件自身的接入状态。通常情况下，随着光学仪器中入射光线角度的增大，接入电阻的数量条件也随之增加，进而导致视差自动化检测数据总量的增加；随着光学仪器中入射光线角度的减小，接入电阻的数量条件也随之减少，进而导致视差自动化检测数据总量的减少。
        1.3视差灵敏度确定
        视差灵敏度是微积分标准下，与光学仪器应用现状直接相关的物理系数。所谓光学仪器的视差是由分划镜、物镜目标影像清晰状态不同步所引起的行为，而随着入射光线数量的不断提升，以物镜为元件的反射角度和以分划镜为元件的折射角度都会产生一定程度的偏差，且这种理论偏差的变化量会随时间的累积而不断增大。而光学仪器的视差在这样一种应用背景之下，可随微积分应用标准的改变而产生变化，进而使最终的检测结果逐渐偏离真实物理状态。而视差灵敏度条件的存在可有效稳定物镜的反射行为和分划镜的折射行为，进而使入射光学仪器元件的光线逐渐趋于平行。
        2应用与检测分析
        2.1实用检测环境
        多次调整光源的入射角，使光线达到平形照射状态。当光照要求达到理想状态时，打开信号调节箱，将所有视差数据信息反馈到检测计算机。然后分别根据实验组和对照组的检测要求，分析检测数据的变化趋势，生成最终的实验检测结果。
        2.2仪器视觉误差精度对比
        视觉误差精度与光学仪器视差状态保持反向影响关系，即视觉误差精度越高，光学仪器的视差水平越低，反之则越高。下图1反映了既定检测时间内，实验组、对照组仪器视觉误差精度的变化情况。分析图1可知，实验组仪器视觉误差精度在实验前期始终不断上升，实验中期基本维持稳定，实验后期开始逐步下降，整个实验过程中，最大值水平达到90%，且保持近15min的稳定状态。对照组仪器视觉误差精度在实验前期也保持不断上升的变化趋势，实验中期的变化状态虽然在大体上维持稳定，但仍然存在小幅度的波动变化趋势，实验后期在出现一个明显的上升峰值后，开始逐渐下降，整个实验过程中，最大值水平仅能处于45%～60%之间，且峰值状态并不能长时间维持下去，更远低于实验组最大值水平。综上可知，随着基于微积分光学仪器视差自动化检测方法的应用，仪器视觉误差精度水平得到大幅提升，为自动化调焦原理的实施提供保障。

             图1　仪器视觉误差精度对比图
        2.3仪器调焦角度对比
        调焦角度也与光学仪器视差水平保持正向影响关系，即调整角度的变化范围越小，光学仪器的视差水平越低，反之则越高。
        随着检测时间的增加，实验组仪器调焦角度始终保持下降、上升交替出现的变化趋势，全局最大值为25°、全局最小值为15°，二者间差值为10°，整个实验过程中，最大数值水平共出现两次，但最小数值水平仅出现一次。
        对照组仪器调焦角度在实验前期保持不断上升的变化趋势，实验中期保持相对稳定的波动变化状态，实验后期开始出现均匀式下降，全局最大值为92°、全局最小值为84°，二者间差值为8°，整个实验过程中，最大数值水平与最小数值水平都只出现过一次，但高频数值90°极为靠近最大数值水平，从平均值角度来看，也远高于实验组。综上可知，随着基于微积分光学仪器视差自动化检测方法的应用，仪器调焦角度出现明显下降的行为趋势，即实现光学仪器视差水平不断缩小的初衷。
        结束语
        在T－SPEC约束手段的基础上，光学仪器视差自动化检测方法利用微积分思想，实施检测节点的复用处理，并通过计算微积分带宽数值的方式，接入满足应用需求的误差数据。在此基础上，联合调焦模块与检测电路体，按照视差灵敏度的应用条件，完成新型自动化检测方法的应用与设计。单从实用性结果的角度来看，在仪器视觉误差精度得到提升的同时，调焦角度平均值也从88.3°降低至20.1°，数值水平缩小了仅80%，从根本上实现了控制光学仪器视差水平的目的。
        参考文献
        ［1］王领华，刘欣，吕建伟，等．光学仪器高精度安装板热变形分析及优化［J］．航天制造技术，2017，（2）：19－22．
        ［2］陈东辉．光学仪器装配与调整的计算机模拟［J］．中国设备工程，2017，（J）：76－77．