摘 要:测距仪除应用于军事领域外,还广泛适用于航道、邮电光缆和电力电缆铺设等领域的距离测量和目标方位 的确定。与红外、超声波等主动式测距仪相比,本文所研究的基于双目视差的测距仪是被动式测距仪,不易暴露己方目标,精度高,安全性能高。基于双目视差的测 距仪采用电路接收并处理被测物体经两路光路所成实像的微小差异,被测物体的距离与此微小差异成线性关系,可计算。本文还简要讨论了基于双目视差的测距仪的 原理误差、光学误差、机械误差、电路误差等,并提出了减小这些误差的方法。OPGW光缆

        0 引 言

        本文所研究的基于双目视差原理的测距仪采用被动式测距,具有体积小、重量轻、可测量300~8 000 m大范围距离、精度高达1%、晶体管直接读数、操作方便、不易暴露己方目标等优点。OPGW光缆

        1 工作原理

        本文所研究的测距望远镜利用双目视差原理,用ccd接收相距臂长b的两路光路对同一物体所成像,经过arm作信号匹配得到微小像差x,利用此微 小像差与距离l之间的线性关系,得到所测物体的距离。

        2 系统设计

        2.1 光学设计

        式(2)两端对x微分,整理后得:

        由式(3)可见:臂长b越长,相对误差δl/l越小,精度越高;焦距f′越长,相对误差δl/l越小,精度越高;被测距离l越大,相对误差δl/l越大;ccd像素尺寸越小,相对误差δl/l越小,精度越高。

        仪器要求相对误差δl/l=1%,测量范围300 m≤l≤8 000 m。若设计臂长b=1 m,且系统采用tcd1501d型ccd为接收器件,像元大小7μm,有效像元个数5 000个,有效长度35 mm。即7μm≤δx≤35 mm,同理x≤35 mm。取δx=7μm,l=10 000 m,b=1 m,δl/l=1%,代入式(3),得f′=7 000 mm。OPGW光缆

        为了减小像差、球差、色差等,根据系统要求和实际产品,选用俄罗斯产鲁比纳尔300/4.5照相镜头和国产25mm摄像镜头。

        2.2 机械部分设计

        仪器外型为t字形,需要2组共4个镜头,每组镜头安装在中空铝管两端,可通过螺纹微调距离,将2组镜头分别放置在横臂的两端,在第二个镜头之后,横臂中部,各添加一面平面镜转折光路,以缩小仪器总体尺寸,方便测量。

        2.3 电路部分设计框图

        在t字型纵臂底部调焦面上放置ccd来接收信号,信号经过放大、a/d转换等处理,在arm中进行信号匹配,得出被测距离,然后通过数码管显示出来。

        3 误差分析

        测距仪的误差主要有原理误差、光学误差以及机械误差。

        (1)原理误差

        成像公式:

        焦 距f′不变,物距即被测物体l变化,像距l′变化,接收器ccd放在固定位置,除过调焦面以外,其余距离物体所成的像都是一个弥散斑。弥散斑会使信号变得 模糊,频谱变得平滑,造成匹配困难,产生误差。减小原理误差的方法是调焦时尽量对较远距离,即成像较小处调焦,将弥散斑/测量量控制在一定范围内,本系统 测量范围,在4 000 m处调焦。

        (2)光学误差

        镜头本身有色差、球差等像差,对信号匹配产生影响。镜头本身的分辨率也会影响系统的分辨率。镜头上的污迹,会影响信号匹配,产生误差。减小光学误差的方法是尽量选取高质量的镜头,保持镜头干净无污迹。

        (3)机械误差

        2个镜头之间,镜头与ccd之间由机械部分定位。两镜头间定位不准,会影响系统焦距与分辨率;光学系统与ccd间定位不准,会影响弥散斑,弥散斑过大,会产生误差。

         经过多次实验,对镜头间距离和成像距离精确测量,机械部分组合时采取可微调的组合,一边测量一边调整,有助于减小机械误差。调整完成后用胶水粘死,避免相对移位产生的误差。

        (4)电路误差

        双目视差望远镜系统采用2路电路来接收信号,由于放大电路放大倍率的细微差别,以及相同型号的不同芯片间的微小差异,2路信号在幅值、白噪声等 方面有细微差别,在信号匹配时会产生误差。减小有电路部分造成的信号误差,需要选择高质量、低噪声的器件,使2路电路性质尽可能相同。

        4 结 论

        应用此测距仪在平行光管上做实验,光学部分能够达到精度要求,弥散斑也控制在误差范围之内。

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