数字化枪用瞄准镜校正仪数字图像亮度调节方法研究

朱自辉

摘要：瞄准镜校正仪发展到今天，工人们在校正瞄准镜时，已经无需直接对瞄准镜进行目视来手动校政，通过高速摄像机接受光线导入计算机来减少误差，而本文研究方向就是着重于解决在校正过程中如何解决亮度调节的一系列问题，本文通过从硬件灯光源，和软件相机曝光时间，计算机图像亮度处理两方面，尝试解决在使用校正仪校正瞄准镜中出现的图像亮度明暗不定等问题。

关键词：数字化枪用瞄准镜校正仪；相机曝光时间调整；直方图均衡化

1.校正仪系统组成与瞄准镜工作原理

1.1校正仪系统组成与成像原理

校正仪的组成为：点光源射出光线到桌面固定需校正的瞄准镜，通过瞄准镜的光线被高速摄像机接收在计算机上显示。

因光学系统的所有波段都具有相同的参考点，因此可以直接使用白光来校准肉眼可以观察到的白光，常用的校准方法是基于自动准直。自动准直原理：物镜位于焦平面光照射后，遇到垂直于轴平面的镜面反射，再次在物镜的焦平面上成像，如同标线重叠，但如果光沿光轴出射，偏移光轴角度一段时间，反射光偏移光轴角度为2a。系统需要在光罩准直目镜后进行安装，观察并调整光罩的位置，给定校准器标线采用不透明材质，如使用校准系统，可形成为光罩色调。校准系统方法可以克服上述缺陷，但是整个检测装置由平行光管，安装平台、五棱镜、基准面和上部单元组成，根据轴直径尺寸d、q、L的设计安装在平台上内部结构和枪管结构，机械推力轴可绕中心轴线180°在孔中。旋转它可通过将校准器的弹出光转动90°，棱镜可沿基准电平移动。

为在平面线上对CCD接收面进行成像，在上位机中显示图像处理装置。参考点的校准分为两个步骤：一是聚焦过程，使分光板在球面镜的焦平面上，确保光平行于光；调整光轴的对准。该步骤使平行光轴平行于机械轴。通过平行光管和光路的成像原理，如果校准仪器出现平行光，分隔槽只能在CCD接收面成像，PC显示类似于清晰状态；如果喷射轴的轴平行于机械插入轴，校准器从位置1旋转180°。

1.2瞄准镜的镜片镀膜

不镀膜的镜头，其镜片的透光率比较低，镜片表面的反光比较严重，称为“白头”，对光谱中的各种光线都有较强的反射，因此反光的综合颜色发白。

单层镀膜的镜头，其镜片表面的反光较弱，它能大大增加光譜中部的黄绿光透过率，只有光谱两端的红光和蓝光才被反射，因此反光一般呈淡蓝紫色。

多层镀膜的镜头，其镜头的透光率极高，镜片表面的直接反光很弱，盖上镜头尾盖，正对着镜片玻璃逆光观看，只见镜头内“很黑”，只有从镜片的侧面观察才可以看到彩色的反光，这种反光多为深红（大幅增透蓝光）、深蓝（大幅增透红光）、深黄（大幅增透蓝绿光）和深绿色，其中深绿色的镀膜可以同时增加光谱两端的蓝光和红光的透过率，只有光谱中部的黄绿色光才被反射回来，因为这种增透膜的透过率曲线有红、蓝两个增透峰值，就像两个驼峰一样，故又称为“双峰膜”。多层镀膜的镜头，其各个镜片不可能都镀上同一种增透膜，否则这个镜头就会发生偏色。因此，每一个镜头的不同镜片，要根据镜片所用的材质及其对不同色光的吸收程度，分别镀上不同特性的增透膜，相互搭配起来，既能使镜头总的透光率增加，又能使镜头对色光的透过率达到平衡，做到既不偏蓝也不偏红。因此，不同材质的镜片就要镀上不同特性的增透膜，所以其镜片反光的颜色也不可能相同。

1.3光学瞄准镜

光学瞄准镜的最主要功能是使用光学透镜成像，将目标影像和瞄准线重叠在同一个聚焦平面上，即使眼睛稍有偏移也不会影响瞄准点。通常光学瞄准镜可以放大影像倍数，也有不放大倍数的。而可放大倍数的瞄准镜又可分固定倍数或可调倍数两类，如4x28指的是物镜直径28公厘，固定放大倍率4倍的瞄准镜，3-9x40则是物镜40公厘，可调整放大倍率从3倍到9倍的瞄准镜。

2.数字化枪用瞄准镜校正仪数字图像亮度调节方法

数字化枪用瞄准镜校正仪一般前视是物镜，在镜头中心的镜筒后会有一个调节旋钮，背面是目镜，也是人们眼睛观看的地方，瞄准镜子的底部最多会有一个卡槽也被称为燕尾槽，主要用于安装在设备上，一般都是整体。在开始使用时，为了打开镜头盖和光学瞄准镜目镜罩，然后将眼睛靠近目镜，通过瞄准镜观察目标，此时眼睛将是一个标线，标线片旨在帮助瞄准，只有瞄准标线的部分，以确保数字化枪用瞄准镜校正仪的效果。需要顺时针旋转屈光度调节环直到扭曲，然后瞄准逆时针调整，直到目标纹理清除，然后调整镜头，直到图像和线条清晰。在定位过程中，应做好调节工作，以便可使用数字化枪用瞄准镜校正仪数字图像亮度，做好调节工作，以清楚地观察目标。

3.点光源对图像亮度的影响和选取点光源

在研究中，依次尝试过很多灯泡并根据灯泡的特点来判断了各种灯泡是否适合做点光源，然后发现了下述灯泡均不太适合作为点光源。灯泡特点依次为：

（1）白炽灯泡，闪烁，采集的图像明暗变化不稳定，光照不均匀。

（2）led 灯泡，但只有侧面的发光器件，顶部没有，所以光照不均匀。

（3）led射灯，纵向尺寸太长无法安装.

（4）led球泡灯，横向尺寸太宽无法安装。

而其他实验室常用的灯源也有缺点：

激光灯源：光线过于集中，不能通过校正仪矫正瞄准镜。

纳光灯源：光线分散，光照不均匀。

4.高速相机的曝光时间对图像亮度的影响和调整方法研究

因为用相机代替了人眼接受光线，故产生在计算机上的图像会有闪烁或者条纹，而本文还将研究如何通过调整曝光时间来解决瞄准镜变倍时因接受光通量改变而使图像亮度改变。

4.1高速相机的原理：高速相机的自动曝光包括两个步骤，第一步是图像亮度的测量，第二步是曝光时间调整。

4.2相机帧频与曝光时间的关系：高速相机的最低曝光时间一般为高速相机允许的最小曝光时间，而最高曝光时间则主要受相机工作帧频的限制：曝光后的图像需要实时转移到内存中，因此每帧都要留有充分的帧转移时间来完成图像转移工作高速相机在工作时，其最大曝光时间与工作帧频成反比，换而言之，帧频越高则最大曝光时间越短，相机对光线变化场景的适应性越差。

4.3曝光时间粗调

通过调整曝光时间可以使光的明暗发生改变，本文改变调整曝光时间为下述两个方法：曝光粗调以及曝光精调。

在曝光粗调阶段，首先提取图片的Roi，并获得4个HF函数值。随后，有两个条件可以触发曝光粗调，其中α、β为提前按照曝光时间的增减幅度大小设定的固定值。并切同时间要使曝光时间在不能超过相机曝光时间的量程。当曝光时间被系统检测超过高速相机量程，则表示对于目前光照条件，曝光系统无法控制相机良好成像，应该直接终止自动曝光控制。

参考文献

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（作者单位：汉口学院光电信息科学与工程专业）