水下平面窗口定焦物镜后截距空气中装调方法

本发明涉及后截距装调，具体涉及水下平面窗口定焦物镜后截距空气中装调方法。

背景技术：

1、水下光学成像技术是水下观测探测的重要技术手段，相较于传统水下声学探测技术，具有成像分辨率高、探测信息丰富、成像效果直观等优势。水下光学成像的核心部件就是水下成像物镜，考虑到水下的后向散射以及水下平台振动等原因，水下成像物镜多为定焦物镜，且镜头和相机之间的后截距一般采用不可调节的固连方式，从而增加系统的可靠性和稳定性。定焦物镜在镜头装配完成后，需对其与相机之间的后截距进行调节，从而到达最佳成像位置，这个过程称为定焦物镜的后截距装调。针对空气中的定焦物镜，后截距装调可在固定物距处放置分辨率靶标，在镜头和相机安装接口之间通过加装不同厚度的装调隔圈来精确调整后截距，能够达到最小10μm的误差，从而最大程度降低相机靶面上的离焦像差，保证成像分辨率。

2、由于深海水质较好，水体衰减系数可以达到0.05m-1，因此其水下成像作用距离甚至可以达到50m-100m的范围，也就是针对深海的水下定焦物镜的设计物距可以大于50m，然而在实验室装调时，大型水池的尺寸虽然可以达到50m的长度，但是水池的水一般为自来水，衰减系数一般在0.2m-1以上，在该水质中50m的目标光能量已经衰减殆尽，无法被相机探测，因此也就无法实现水下远距离成像的定焦物镜后截距装调。现有水下平面窗口定焦物镜后截距装调的技术路线是将空气中的装调方法直接应用于水下。即在水下固定物距处放置分辨率靶标，向镜头和相机之间加装设计给定的初始厚度的装调隔圈，将镜头和相机组件密封于耐压筒中，置于水下对分辨率靶标进行拍摄。对拍摄的图片进行分辨率判读，如满足设计要求的分辨率，则完成后截距装调过程。如拍摄图片不满足设计要求的分辨率，则需要增加或者减小装调隔圈厚度。然而在水下这一过程变得及其繁琐且作业量巨大，调试所需要的基础条件要求极高，甚至是难以实现。因为水下的定焦物镜和相机必须先进行水密封装，即将其封装于由平面窗口、金属侧壁、后端盖以及水密接插件组成的耐压筒中，才能置于水下进行拍摄成像，并检测其在水下特定物距处的成像分辨率，每次增减装调隔圈厚度均需要将镜头相机组件从耐压壳体中拆出，更改完隔圈厚度后再通过上述的水密封装过程将镜头组件装回耐压仓，进行耐压密封后置于水下进行下一轮次的拍摄和分辨率判定，直至拍摄图片分辨率达到设计要求，该过程将需要数十次甚至几十次的耐压筒拆装以及水密接插件的插拔，不但作业量大，还会减少水密接插件的使用寿命；在水下开展后截距调整时还需要准确测量水下分辨率靶标与镜头之间的物距，测量过程困难且精度低；另外，在水下直接进行后截距装调还面临后向散射对分辨率判读的影响，因为水下分辨率靶标图形的清晰度受到以下两方面影响：一是由于后截距未调整至正确位置而导致的成像分辨率不足，二是水体的散射会导致目标分辨率下降，因此当图像模糊时无法判断是由于后向散射造成还是由于后截距未调整到位造成，从而导致后截距调整的精度不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的水下后截距装调作业量大、影响水密接插件使用寿命，水下测量物距困难，并且由于水下拍摄分辨率靶标的分辨率不高导致后截距调整的精度降低的不足之处，而提供水下平面窗口定焦物镜后截距空气中装调方法。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

3、一种水下平面窗口定焦物镜后截距空气中装调方法，其特殊之处在于：

4、步骤1，通过下式计算空气中的等效物距lair；

5、

6、其中，lwater为水下物距，d为平面窗口厚度，dair为平面窗口后表面距离镜头第一片镜片前表面的空气间隔，nwater为水体折射率，nwin为平面窗口折射率；

7、步骤2，在空气中，不加平面窗口情况下，在距离镜头的第一片镜片前表面lair的位置放置分辨率靶标；

8、步骤3，调节镜头的后截距，将空气中分辨率靶标所在位置lair处的分辨率调至最佳，则此时的后截距位置就是水下设计物距lwater的最佳后截距。

9、进一步地，还包括步骤4：

10、将调整后的镜头装入耐压仓体中，置于水中，在物距lwater位置处对分辨率靶标进行成像，验证后截距下的成像分辨率。

11、本发明的有益效果：

12、1.本发明从光学成像基本理论出发，提出一种水下平面窗口定焦物镜后截距空气中装调的方法。通过计算得到的等效物距，使得整个后截距装调过程能够在空气中开展，每次改变装调隔圈厚度后无需再进行镜头和相机的耐压筒封装，极大程度降低了后截距装调过程中的作业量，也无需在水下准确测量分辨率靶标物距，更无需水池，简化了水下物镜后截距装调的过程，也可以彻底排除水体散射对成像镜头分辨率的影响，保证了水下平面窗口定焦物镜后截距的装调精度和成像分辨率。

13、2.本发明将调节工作置于空气中，可降低水下平面窗口光学镜头的装调难度和装调作业量，避免装调过程中多次拆装密封壳体，提高水下光学镜头的装配效率；同时解决深海远距离成像镜头装配时实验水池水质条件不足的问题，通过在空气中等效物距调节，避免了对水质的高要求，避免了水下无法准确测量分辨率靶标距离的问题，提高水下镜头的装调精度；空气中装调还可以避免水体散射对分辨率的影响，所调节的后截距完全来自于物距的变化，可提高后截距的调节精度。

技术特征：

1.一种水下平面窗口定焦物镜后截距空气中装调方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述一种水下平面窗口定焦物镜后截距空气中装调方法，其特征在于，还包括步骤4：

技术总结本发明涉及后截距装调，具体涉及水下平面窗口定焦物镜后截距空气中装调方法，为解决现有技术中存在的水下后截距装调作业量大、影响水密接插件使用寿命，水下测量物距困难，并且由于水下拍摄分辨率靶标的分辨率不高导致后截距调整的精度降低的不足之处，本发明通过计算得到的等效物距，使得整个后截距装调过程能够在空气中开展，每次改变装调隔圈厚度后无需再进行镜头和相机的耐压筒封装，极大程度降低了后截距装调过程中的作业量，简化了水下物镜后截距装调的过程。技术研发人员：封斐,吴国俊,刘博,吴亚风,史元元受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/27