空间相机连续调焦地面仿真测试系统设计

为使空间相机获得清晰准确的地面目标图像,相机需要依据结构变化对焦面位置进行调整。如果空间相机可以在轨快速对目标景物连续调焦,通过地面下传图像准确判断出最优焦面位置,将会极大提高空间相机的工作质量和效率。为验证连续调焦方法的可行性,提出了一种地面仿真测试方法。采用动态目标发生器和平行光管模拟相机在轨对地面目标成像。应用计算机系统作为目标发生器远程控制、数据处理、信息发送和接收设备,空间相机实时接收飞行器模拟设备发送的命令和工程参数,完成模拟在轨连续调焦。试验结果表明,所设计的系统能够依据图像判断最优焦面位置,满足设计和测试要求。     

航空相机焦面位置定位量测

提出了一种定位航空相机焦面位置的系统,论述了系统的工作原理、硬件组成和软件设计。该系统采用平行光管产生焦面定位信息,利用CCD摄像头作光电转换器件接收图像,采用重心法处理数据,由光电位移传感器控制摄像头轴向的精确平移,根据采集的图像尺寸定位相机的焦面,利用焦面与实际成像面之间的距离判断是否离焦。通过对多部航空相机进行测试,是否离焦的判断与试飞结果完全相同。使用该系统能够判断航空相机是否离焦,进而判断相机能否正常工作。     

利用水下平行光管测量水下相机成像分辨率

水下光学成像是重要的水下探测方式。现有水下相机成像检测方法受到水体本身以及测量方法的影响,难以准确进行成像分辨率检测。提出了基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测技术,通过在水中产生平行光束,直接对水下相机成像分辨率进行检测。通过仿真得出：水下平行光管在水中可见光和空气中单波长的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)基本一致。利用这一结论,提出了水下平行光管空气中装调检测的方法。针对实验室所研制的一款水下相机开展实验测试,其在水中可见光与空气中635 m光源照明条件下的分辨率相同。实验结果表明,所提出的基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测方法可有效消除水体对分辨率测量的影响,实现水下相机成像分辨率的准确测量。     

微光夜视瞄准镜检测系统光路分析与设计

基于多环境试验条件下的微光枪瞄检测技术一直是军备生产所关注的问题。由于振动、射击、冲击、跌落和高低温环境等载荷作用下,使微光枪瞄机械、光学和电性能结构及参数发生改变,导致微光枪瞄不能正常工作。为此设计了多环境试验条件下的微光枪瞄检测与测试系统,对测试系统的光路进行了规划,给出了由CCD组成检测系统的工作原理,分析了系统成像的详细过程。通过对平行光管和CCD变焦镜焦距的计算,并结合实际工程应用,其测量精度≤0.05 mil,测量范围≥40 mil,达到项目要求。     

便携式红外瞄准镜瞄准基线检测系统研究

设计了一种便携式红外瞄准镜瞄准基线检测系统,用于检测红外瞄准镜的光学瞄准基线偏差即零位走动量。系统研制了离轴抛物面反射式平行光管和双控差分黑体,为检测系统提供红外平行光,作为被试品瞄准的无穷远红外目标;设计的平行光管焦距为600 mm,数值孔径1/5;研制的差分黑体温控精度为0.1 ℃,经试验验证,系统可满足0.7 mil的被测系统精度定性要求,使用方便,满足了生产上快速检测的需要。     

基于双五棱镜组件的大间距光轴平行性检测方法

光轴平行性是多光轴光电设备的重要参数,对其进行检测十分必要。随着光电设备复杂程度的逐步增加,其光轴之间的距离不断增大,传统的小口径检测手段已经不能满足现有光电设备的检测需求。针对大间距光轴之间的平行性的检测,设计了一种基于双五棱镜结构的扩径组件,实现了平行光管的出射光束的平移,并利用双光楔结构对扩径组件进行修正,将平行光管的有效口径由300 mm扩展至1 200 mm。对扩径组件进行数学建模分析和实际装调,并对检测系统进行整体精度测试。实验结果表明:平行光管出射的光束经扩径组件后能够保持良好的平行性,其平行误差在11以内,满足大间距光轴检测的精度要求。     

基于WMPS的多光谱光轴平行性检测系统设计

设计了一种新型多光谱多光轴武器装备通用化的光轴平行性检校系统。采用高精度平移平行光管的方法,使平行光管出射的平行光束分别进入武器平台各个光电系统,由平行光管产生无限远白光、微光、红外目标,对待检测多光轴武器系统进行光轴平行性检测。利用WMPS单发射站测角模型,结合摄影测量PNP问题,建立高精度空间坐标定位系统,对平行光管在移动过程中进行精准位置姿态测量,并根据测量结果进行高精度姿态恢复,保证平行光管平移精度。该系统能够适用于多种不同类型光电武器装备,实现自动化检测,并给出了数字化光轴误差量,具有良好的通用性和可扩展性。     

扰动环境中红外平行光管光路的优化设计

为了降低在振动环境中红外平行光管形变量对检测精度的影响,提高红外平行光管结构设计的合理性,文章应用有限元原理通过ANSYS软件对一种由离轴抛物面反射镜和平面反射镜构成的红外平行光管进行了模态分析,得出系统的固有频率和平行光管壳体的形变量分布,为改进平行光管结构提供了理论依据,进而提出了一种红外平行光管的改进光路,该光路不仅能提高在振动环境下红外平行光管的检测精度,而且能够减少红外平行光管的体积和质量.     

基于平行光管的CCD相机标定新方法

阐述了一种由二维精密转台、平行光管和CCD相机构成的光学实验室相机标定的方法.首先通过Hough变换和最小二乘模板匹配方法得到平行光管十字丝钣孔在CCD相机焦平面上的成像交叉点的位置,然后根据相机畸变模型,由最小二乘回归解算出内方位元素和畸变参数,实验证明该方法标定结果满足空三处理和测图精度的要求.     

一种新型多波段大口径平行光管的设计

平行光管是光学仪器装调、检测领域常用的标校设备.随着目前光学仪器向着大口径、长焦距、多波段方向的发展,仪器的口径与焦距都远远超出常规平行光管的适用范围.因此,为了保证其检测精度,需使用超出常规的平行光管,这就给光学加工,尤其是机械支撑提出了很高的要求,针对此问题提出了一种新型的大口径平行光管的设计,在传统平行光管应用原理的基础上,采用一种分体式软连接新型机械结构,该设计结构不仅可以降低长焦距、大口径光管的分段连接难度,而且减轻了整个光管的质量,从而可以很大程度上提高检测、装调的效率,降低制造成本.     

星载多角度偏振成像仪检测方法

为实现星载多角度偏振成像仪在环境模拟测试、装星测试等场合的检测要求,设计了一种具有多角度、多光谱和偏振性能的测试光源。依据多角度偏振成像仪的工作原理及测试需求,开展了检校光源的设计, 完成的光源方案由29个多波段LED平行光管米字型排布构成。通过光学建模,分析了平行光管口径、发散角及安装视场,并在辐亮度计算基础上,完成了LED选型及驱动设计,以及匀光扩散片、衰减片、偏振片及退偏器等组件设计,实现了满足仪器多波段不同动态范围要求的均匀光斑照明及标准偏振度源输出。最终检测结果表明,光源满足多视场点、多光谱、偏振特性测试要求,稳定性优于99.2%,偏振度优于1%,重复安装精度优于1个像元；满足载荷辐射5%、偏振2%、几何1像元的性能检测需求,以及通道切换功能监视等要求。     

双波段红外设备同目标测试方法研究

针对双波段红外探测设备在不同波段的探测要求,利用曳光管的双波段辐射特性,选择无人机加载曳光管作为低空移动光电靶,使同一目标满足了双波段红外设备的双波段测试要求.通过对无人机的航路距离和航向进行统筹设计,使同一个飞行航次满足了作用距离和目标数据精度等多个测试项目的需要.然后对目标航迹的真值精度进行了深入分析,并总结了不同条件下航路、航向以及布站等相关参数的关联和设置方法,为该测试项目的组织与实施提供了充分的技术准备和选择空间.     

面阵热红外相机镜头畸变校正靶标研究

针对可见光相机校正靶标不适用于热红外相机的问题,研究了红外辐射理论与热红外相机探测原理,提出发射率和太阳辐射吸收率两个靶标选材依据参数,对多种材料进行热红外成像试验,得到适合制作热红外靶标的黑色氧化铝板和镀镍铝板两类材料。所选材料制作的靶标材质轻便,热红外成像边界清晰、DN值差异明显,满足校正程序对靶标交点提取准确性的要求。研究成果为热红外面阵相机镜头畸变校正的靶标制作提供重要参考,对面阵热红外航空遥感成像技术起到一定的推进作用。     

空间相机系统自准直传函测试方法及应用

调制传递函数（传函）测试是空间相机研制过程的重要环节,常规传函测试需要用到平行光管。自准直传函测试方法是一种不依赖于平行光管的系统传函测试方案。首先介绍了自准直传函测试系统的原理和搭建方案。其次对比了平行光管测试的过焦曲线和自准直传函测试的过焦曲线,发现该系统对焦面离焦敏感程度不亚于平行光管,得到该系统可以用于判定焦面位置正确性的结论。再次分析了自准直靶标条纹经过平面镜反射后偏转的现象,该现象将引入测试误差。给出了偏转角的数值计算公式和条纹偏转对传函值影响的计算公式。针对离轴系统对偏转角敏感的问题,给出自准直靶标的设计方法。利用该方法可以将靶标条纹偏转造成的传函测试误差降至可以忽略的量级。然后讨论了采用自准直传函测试方案时相机探测器与测试靶标的拼接,分析了探测器滤光片对焦面位置的影响,提出了探测器与靶标共焦面的设计及拼接方案。最后总结了该测试方法在某型号相机的实际应用,为自准直传函测试方法在后续系统的应用打下基础。     

低照度宽幅航空相机系统设计

为了满足低照度环境下航空影像信息快速获取的需求,对一种低照度宽幅成像系统进行了研究。基于相机摆扫成像的工作模式,明确了采用大相对孔径低畸变的光学系统,配合真空制冷的低噪声高灵敏度CMOS探测器成像,并通过高速振镜进行扫描像移补偿的技术路线。详细阐述了相机机械构型的设计思路,总结了一套可工程应用的低照度成像能力计算方法。研究了振镜补偿像移的基本原理,并对相机主体框架进行了仿真分析计算。依据该设计和研究结果,完成了低照度宽幅航空相机的加工装配。该相机具有0.1 m （航高1 km）地面像元分辨率, 成像照度适应范围为10~100000 lx,并且在速高比≤0.04时,可实现3倍航高的大收容宽度。系统的成像质量优良,实测镜头在77 lp/mm时,中心视场传递函数大于0.45。实验室和外场飞行试验所获取的图像清晰,对比度和分辨率高,可以满足使用需求。同时,该相机实际包络尺寸为190 mm×140 mm×140 mm,质量仅为2800 g,具有轻小型的特点。     

基于ARM的嵌入式航空拖靶高度控制器设计

嵌入式系统具有实时性好、可靠性高、体积小和功耗低等优势,将该技术引入新型航空拖靶高度控制器的设计,可显著提高其综合性能。基于ARM7微处理器和μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统开发了航空拖靶高度控制器,主要介绍了控制器的组成、原理和软硬件设计过程。原理样机的半实物仿真结果表明系统响应快、控制精度高,能够准确控制拖靶做超低空掠海定高飞行,达到了设计要求,控高精度可达2m。     

面向卫星动中成像模式的地面实验系统

动中成像模式可实现卫星在大角度快速机动过程中成像,满足遥感观测多样化、定制化、精细化需求。分析了动中成像地面实验系统的基本原理,并在实验室搭建了一套面向动中成像模式的地面实验验证系统。该系统采用高精度、高稳定的动态气浮靶标和基于外触发信号的相机积分时间调整方法。研究了成像质量和光强的关系以及成像质量和相机探测器积分级数、卫星机动角速度的关系,开展了自定义运动曲线的动中成像实验。结果表明,在相机探测器线性区内,不同机动角速度与探测器积分级数获取的图像动态调制传递函数(MTF)值的范围为0.0918~0.1054,满足工程应用(0.1附近)的要求,且MTF值与机动角速度、探测器级数无关。动中成像实验中系统运行稳定,动态MTF值在0.1015±0.0098之间。     

基于张量优化的高动态范围微光相机设计与实现

针对空间低照度环境下,互补金属氧化物半导体(CMOS)相机成像视觉效果不佳的问题,基于张量优化的图像融合方法研制一款高动态范围的微光相机。分析基于科学互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器亮暗场双通道ADC的电路特性,利用同源双通道图像数据构建三阶特征张量,通过对特征张量的平行因子分析,以融合图像动态范围最优为评价函数,引入拉格朗日乘数法作为张量分解的优化算法,实现实时的高分辨力高动态范围成像。研制一款基于LTN4625的微光相机,并进行成像实验。仿真实验结果表明,相机实现了50帧/s,4 608×2 592像素的高分辨力高动态范围成像,图像动态范围从低增益数据的5.2 dB和高增益数据的11.4 dB提高到了54.7 dB。该设计是一种微弱光环境下动态响应范围高、成像效果好的微光相机设计方法。     

双视场航空相机光机优化设计

依据某航空相机光学设计指标设计了焦距为100 mm、400 mm的双视场相机,其长焦距全视场传递函数达0.3以上。为减小相机重量,提高其动态刚度,以相机主支撑结构的厚度和筋宽为设计变量,以固有频率不低于某值为约束条件,应用NX7.5软件对航空相机结构进行了优化设计。优化结果为相机质量减小了0.7 kg,一阶固有频率提高了13 Hz。对优化后的相机结构进行了模态分析和热分析,分析结果验证了优化设计的正确性。最后通过试验验证了设计结果的有效性。航空相机切实可行的光机设计有效地保证了整个系统的性能指标都能满足使用要求。     

异相差分滤波效应的航空相机图像检焦方法

针对航空相机焦面检测的问题,提出了一种基于异相差分滤波器的航空相机焦面检测方法。首先对空间滤波效应自动检焦原理进行介绍;其次使用异相差分检波算法设计异相差分滤波器消除空间滤波信号中的基频成分,增大信号信噪比与振幅,提高检焦精度,并对异相差分滤波器输出信号的频谱进行分析;最后设计成像实验,在5~53.2 mm/s之间根据典型速高比设置导轨移速,进行25次像面检测并选用传统图像检焦算子与差分滤波法的检焦效果进行比较。结果表明:差分滤波检焦法的场景适应性强、灵敏度高,且检焦系统最大误差为45.18 μm,小于光学系统的允许误差76.8 μm,满足工程需求。