數(shù)字化槍用瞄準鏡校正儀數(shù)字圖像亮度調節(jié)方法研究

朱自輝

摘要：瞄準鏡校正儀發(fā)展到今天，工人們在校正瞄準鏡時，已經(jīng)無需直接對瞄準鏡進行目視來手動校政，通過高速攝像機接受光線導入計算機來減少誤差，而本文研究方向就是著重于解決在校正過程中如何解決亮度調節(jié)的一系列問題，本文通過從硬件燈光源，和軟件相機曝光時間，計算機圖像亮度處理兩方面，嘗試解決在使用校正儀校正瞄準鏡中出現(xiàn)的圖像亮度明暗不定等問題。

關鍵詞：數(shù)字化槍用瞄準鏡校正儀；相機曝光時間調整；直方圖均衡化

1.校正儀系統(tǒng)組成與瞄準鏡工作原理

1.1校正儀系統(tǒng)組成與成像原理

校正儀的組成為：點光源射出光線到桌面固定需校正的瞄準鏡，通過瞄準鏡的光線被高速攝像機接收在計算機上顯示。

因光學系統(tǒng)的所有波段都具有相同的參考點，因此可以直接使用白光來校準肉眼可以觀察到的白光，常用的校準方法是基于自動準直。自動準直原理：物鏡位于焦平面光照射后，遇到垂直于軸平面的鏡面反射，再次在物鏡的焦平面上成像，如同標線重疊，但如果光沿光軸出射，偏移光軸角度一段時間，反射光偏移光軸角度為2a。系統(tǒng)需要在光罩準直目鏡后進行安裝，觀察并調整光罩的位置，給定校準器標線采用不透明材質，如使用校準系統(tǒng)，可形成為光罩色調。校準系統(tǒng)方法可以克服上述缺陷，但是整個檢測裝置由平行光管，安裝平臺、五棱鏡、基準面和上部單元組成，根據(jù)軸直徑尺寸d、q、L的設計安裝在平臺上內(nèi)部結構和槍管結構，機械推力軸可繞中心軸線180°在孔中。旋轉它可通過將校準器的彈出光轉動90°，棱鏡可沿基準電平移動。

為在平面線上對CCD接收面進行成像，在上位機中顯示圖像處理裝置。參考點的校準分為兩個步驟：一是聚焦過程，使分光板在球面鏡的焦平面上，確保光平行于光；調整光軸的對準。該步驟使平行光軸平行于機械軸。通過平行光管和光路的成像原理，如果校準儀器出現(xiàn)平行光，分隔槽只能在CCD接收面成像，PC顯示類似于清晰狀態(tài)；如果噴射軸的軸平行于機械插入軸，校準器從位置1旋轉180°。

1.2瞄準鏡的鏡片鍍膜

不鍍膜的鏡頭，其鏡片的透光率比較低，鏡片表面的反光比較嚴重，稱為“白頭”，對光譜中的各種光線都有較強的反射，因此反光的綜合顏色發(fā)白。

單層鍍膜的鏡頭，其鏡片表面的反光較弱，它能大大增加光譜中部的黃綠光透過率，只有光譜兩端的紅光和藍光才被反射，因此反光一般呈淡藍紫色。

多層鍍膜的鏡頭，其鏡頭的透光率極高，鏡片表面的直接反光很弱，蓋上鏡頭尾蓋，正對著鏡片玻璃逆光觀看，只見鏡頭內(nèi)“很黑”，只有從鏡片的側面觀察才可以看到彩色的反光，這種反光多為深紅（大幅增透藍光）、深藍（大幅增透紅光）、深黃（大幅增透藍綠光）和深綠色，其中深綠色的鍍膜可以同時增加光譜兩端的藍光和紅光的透過率，只有光譜中部的黃綠色光才被反射回來，因為這種增透膜的透過率曲線有紅、藍兩個增透峰值，就像兩個駝峰一樣，故又稱為“雙峰膜”。多層鍍膜的鏡頭，其各個鏡片不可能都鍍上同一種增透膜，否則這個鏡頭就會發(fā)生偏色。因此，每一個鏡頭的不同鏡片，要根據(jù)鏡片所用的材質及其對不同色光的吸收程度，分別鍍上不同特性的增透膜，相互搭配起來，既能使鏡頭總的透光率增加，又能使鏡頭對色光的透過率達到平衡，做到既不偏藍也不偏紅。因此，不同材質的鏡片就要鍍上不同特性的增透膜，所以其鏡片反光的顏色也不可能相同。

1.3光學瞄準鏡

光學瞄準鏡的最主要功能是使用光學透鏡成像，將目標影像和瞄準線重疊在同一個聚焦平面上，即使眼睛稍有偏移也不會影響瞄準點。通常光學瞄準鏡可以放大影像倍數(shù)，也有不放大倍數(shù)的。而可放大倍數(shù)的瞄準鏡又可分固定倍數(shù)或可調倍數(shù)兩類，如4x28指的是物鏡直徑28公厘，固定放大倍率4倍的瞄準鏡，3-9x40則是物鏡40公厘，可調整放大倍率從3倍到9倍的瞄準鏡。

2.數(shù)字化槍用瞄準鏡校正儀數(shù)字圖像亮度調節(jié)方法

數(shù)字化槍用瞄準鏡校正儀一般前視是物鏡，在鏡頭中心的鏡筒后會有一個調節(jié)旋鈕，背面是目鏡，也是人們眼睛觀看的地方，瞄準鏡子的底部最多會有一個卡槽也被稱為燕尾槽，主要用于安裝在設備上，一般都是整體。在開始使用時，為了打開鏡頭蓋和光學瞄準鏡目鏡罩，然后將眼睛靠近目鏡，通過瞄準鏡觀察目標，此時眼睛將是一個標線，標線片旨在幫助瞄準，只有瞄準標線的部分，以確保數(shù)字化槍用瞄準鏡校正儀的效果。需要順時針旋轉屈光度調節(jié)環(huán)直到扭曲，然后瞄準逆時針調整，直到目標紋理清除，然后調整鏡頭，直到圖像和線條清晰。在定位過程中，應做好調節(jié)工作，以便可使用數(shù)字化槍用瞄準鏡校正儀數(shù)字圖像亮度，做好調節(jié)工作，以清楚地觀察目標。

3.點光源對圖像亮度的影響和選取點光源

在研究中，依次嘗試過很多燈泡并根據(jù)燈泡的特點來判斷了各種燈泡是否適合做點光源，然后發(fā)現(xiàn)了下述燈泡均不太適合作為點光源。燈泡特點依次為：

（1）白熾燈泡，閃爍，采集的圖像明暗變化不穩(wěn)定，光照不均勻。

（2）led 燈泡，但只有側面的發(fā)光器件，頂部沒有，所以光照不均勻。

（3）led射燈，縱向尺寸太長無法安裝.

（4）led球泡燈，橫向尺寸太寬無法安裝。

而其他實驗室常用的燈源也有缺點：

激光燈源：光線過于集中，不能通過校正儀矯正瞄準鏡。

納光燈源：光線分散，光照不均勻。

4.高速相機的曝光時間對圖像亮度的影響和調整方法研究

因為用相機代替了人眼接受光線，故產(chǎn)生在計算機上的圖像會有閃爍或者條紋，而本文還將研究如何通過調整曝光時間來解決瞄準鏡變倍時因接受光通量改變而使圖像亮度改變。

4.1高速相機的原理：高速相機的自動曝光包括兩個步驟，第一步是圖像亮度的測量，第二步是曝光時間調整。

4.2相機幀頻與曝光時間的關系：高速相機的最低曝光時間一般為高速相機允許的最小曝光時間，而最高曝光時間則主要受相機工作幀頻的限制：曝光后的圖像需要實時轉移到內(nèi)存中，因此每幀都要留有充分的幀轉移時間來完成圖像轉移工作高速相機在工作時，其最大曝光時間與工作幀頻成反比，換而言之，幀頻越高則最大曝光時間越短，相機對光線變化場景的適應性越差。

4.3曝光時間粗調

通過調整曝光時間可以使光的明暗發(fā)生改變，本文改變調整曝光時間為下述兩個方法：曝光粗調以及曝光精調。

在曝光粗調階段，首先提取圖片的Roi，并獲得4個HF函數(shù)值。隨后，有兩個條件可以觸發(fā)曝光粗調，其中α、β為提前按照曝光時間的增減幅度大小設定的固定值。并切同時間要使曝光時間在不能超過相機曝光時間的量程。當曝光時間被系統(tǒng)檢測超過高速相機量程，則表示對于目前光照條件，曝光系統(tǒng)無法控制相機良好成像，應該直接終止自動曝光控制。

參考文獻

[1]王海林，何佳竻，張言，王海燕.全息瞄準鏡原理研究實驗[J].物理實驗，2017，（12）：14-16+20.

[2]王明超，周哲，溫慶榮.基于ANSYS分析的某型紅外瞄準鏡優(yōu)化設計[J].激光與紅外，2017，（05）：557-561.

[3]吳守軍，任國全，李冬偉，尹剛.基于ANSYS的瞄準鏡溫差熱應變仿真分析[J].南京理工大學學報，2016，（03）：303-308.

[4]黃天智，薛晉生.傳像束光纖在望遠瞄準鏡中角分辨率的計算方法[J].光學技術，2014，（01）：101-102+106.

（作者單位：漢口學院光電信息科學與工程專業(yè)）