多通道数字化快门速度测试仪的设计与实现

多通道数字化快门速度测试仪主要应用于幕帘式相机快门有效曝光时间的测试。在像面上的不同点设置多组光电接收器,将像面接收到的光信号转换为电信号。高速数据采集系统利用DMA方式按时序对各接收器的曝光信号进行实时瞬态数据采集。采集数据经计算软件处理,得到各点处的快门有效曝光时间。利用软件解决了瞬态信号与实时采集同步的问题。测试系统简单可靠、测试结果显示直观。     

一种帘幕式快门曝光精度分析

为了确定帘幕式快门各尺寸参数曝光精度的关系,推出曝光精度的数学模型。分析了影响快门曝光时间精度的主要因素,用误差合成法对快门曝光时间进行了精度分析,为设计提供了依据。首先,结合帘幕式快门的工作原理及快门的曝光时间表达式建立了曝光精度的数学模型。然后,对曝光时间表达式中的各个参数的误差进行了分析,应用误差合成法对各个参数误差对曝光时间的影响程度做了分析计算。最后,对现有航空相机中应用的快门进行了精度的分析计算。实验表明：曝光时间精度随着帘缝宽度的增加而提高,现有航空相机的快门的曝光时间最低精度为曝光时间的6.4％,高于理论计算精度8.59％。在1/1000s－1/100s范围内快门的有效曝光时间与帘缝宽度成正比,帘缝宽度对曝光精度的影响是帘缝速度对曝光精度影响的3.6倍,快门曝光时间的精度随着帘缝宽度的增加而提高。     

基于正时带的帘幕式快门设计与精度分析

考虑帘幕式快门的曝光精度和面阵CCD相机的结构尺寸,利用正时带在高速运动中能够保证高精度传动的特点,设计了以正时带为快门帘幕,以正时带轮为快门辊轴的新型单帘式焦平面快门。分析了影响快门曝光精度的主要因素,利用系统误差合成法建立了快门曝光精度的数学模型。利用齿轮综合误差组评价了驱动机构的传动误差,通过分析正时带的传动机理建立了多边形效应的几何模型,并计算了多边形效应对速度精度的影响。在接入快门负载的情况下测试得到了快门辊轴的稳速精度,并利用高斯法计算得到了快门的曝光精度0.067。最后,利用光电法测试了幅面上均匀五点的有效曝光时间,测量结果显示幅面内快门的曝光精度达到0.056,可实现宽目标照度范围航空摄影的曝光。     

单帘正交组合式焦平面快门的设计与性能测试

针对焦面空间尺寸小,两个CCD成像面由于棱镜拼接而成正交垂直分布的航空相机设计了一种焦面帘幕式快门.该快门采用齿形带作为快门帘幕,齿形带上开合适宽度的长条形孔作为曝光帘缝,通过改变帘缝运动速度调整曝光时间.采用两个快门帘幕正交布置、同步驱动的方法实现了两片面阵CCD同时曝光.通过编码器反馈,控制快门驱动电机转速,使CC...     

基于单帘快门的数字相机调光系统

采用单帘式快门配合CCD增益控制曝光量的调光方法,设计了面阵CCD相机的调光系统,以使面阵CCD相机在宽照度视场范围和较短的拍照周期内获得正确的曝光量.分析了航空成像传输过程中的影响因素,结合单帘式快门的曝光原理推导出曝光量的数学表达式.通过确定CCD的最佳曝光量,建立了快门狭缝速度、CCD增益和目标照度之间的对应关系.然后,由光电池采集地面目标的照度信号,根据采集的信号控制狭缝速度和CCD增益.最后,测试了快门辊轴的稳速精度.结果表明,对系统分别输入6 300、4 170和1 200 r/min的阶跃输入信号时,快门的稳速精度达到0.033.根据得到的稳速精度并考虑快门的曝光量误差,得到快门的曝光精度为0.091.在实验室进行了地面照相试验,测试系统获得的曝光量为1 833 DN,计算得到的系统曝光精度为0.066.结果显示利用单帘式快门和CCD增益相结合的方法能够使CCD获得正确的曝光量,捕获的图像满足使用要求.     

全帧CCD相机时间延迟积分模式下的图像缺损

长焦距面阵CCD相机以TDI模式进行动态横向多幅扫描成像时,行转移频率高或者曝光时间长会使图像输出有明显缺损,从而影响图像的判读。为解决这一问题,分析了全帧CCD相机TDI模式的工作原理,分析认为快门曝光过程中CCD存在的无效TDI转移是导致输出图像出现缺损的主要原因。通过实验验证了分析结果,并提出保证CCD曝光过程中TDI转移与机械快门曝光精确同步的方法来消除无效TDI转移。据此设计了光电同步定位法进行曝光控制,并研制了相应的快门光电同步装置。成像实验结果显示,该方法可将图像缺陷区域控制在15列像元内,解决了面阵CCD在TDI模式下输出图像的缺损问题,提高了图像判读精度。     

多传感器的天文标定与空间配准

为了实现共平台的多个空间观测成像系统的空间配准,对多个相机进行天文标定和姿态测量,提出一种基于星图模拟的星图识别和姿态解算算法。首先,建立共平台的多传感器天文观测模型,并产生模拟星图,将星点之间的特征转换为图像特征;其次,根据四边形对角线的共线不变性特征,对相机观测星图和模拟星图进行特征匹配,提取相机内参数的初始值;然后,利用星点坐标矩阵奇异值不变性,自动匹配剩余星点并求解姿态矩阵的初始值;最后,对相机内参数和姿态矩阵进行非线性优化求解。实验结果表明,在未精确标定光学系统内外参数的情况下,星点正确识别率大于97.4%,相机像元角分辨率为3.9"×3.4",最后计算得出的投影误差低于1个像素,满足多传感器空间观测系统空间配准的精度和鲁棒性要求。     

胶片型空间相机的快门设计和研究

为满足胶片型空间相机对地摄影的需要,设计了焦面帘幕式快门,利用快门前、后2层帘布在运动过程中形成的狭缝使胶片曝光.论述了应用于大口径胶片型空间相机的焦面帘幕式快门的基本原理、结构设计、各组成部分的功能及应用.通过实验验证了研制的焦面帘幕式快门运动平稳、可靠,具有大于5×104次的寿命,曝光时间调节范围大(1/30～1/1 500 s)且无级连续可调,曝光量误差小于10%,满足总体要求的技术指标.     

摄影照相机快门时间的测定(完)

6.4 焦平面快门测试6.4.1 测试装置测试装置见图5所示(参见7.2)。图5 焦平面快门曝光时间的测试装置6.4.2 步骤有效曝光时间的测试采用类似镜头快门的测试方法,用快门狭缝经过入射隙缝前方的行程时间来测定,摄影镜头的光圈应缩小到在最高速度档时快门曲线呈梯形。测试用摄影镜头采用标准镜头,且须保证入射隙缝的宽度小于w 。将计时器的灵敏度调节至光接受器的输出为0.5Eo(相当于入射隙缝的一半被曝光)时开始测试,输出降至0.5Eo(相当于入射隙缝的一半被遮住)时终止测试。调节计时器的灵敏度时,也须遵照6.3.2所述。当快门按附录A.4…     

三线阵立体测绘相机时间系统优化与实时检测

为了提高三线阵立体测绘相机的时间同步精度,对相机时间系统工作原理进行了分析,建立了三线阵立体测绘相机的相机时间同步误差模型,并根据该模型采取缩短行同步计数器查询周期等多项措施对相机时间系统进行优化.针对相机时间同步误差在摄影过程中会随相机控制器工作时序变化这一现象,提出了一种实时检测相机时间同步精度的方法,用于实时检测并全程记录摄影过程中相机时间同步误差的动态变化,解决了常规仪器由于存储深度不足而无法长期检测这一难题.利用该方法检测了优化后的三线阵立体测绘相机时间系统的时间同步精度,结果表明,摄影过程中三线阵立体测绘相机的时间同步误差≤74.8μs,相机时间同步误差绝对值≤11.2 μs的概率不低于0.95,满足技术指标要求.     

基于MC9S128单片机的CCD异步复位触发系统

为保证物体表面图像的采集质量,针对物体在线检测中采集时刻存在误差的问题,设计了CCD异步复位模式的触发时序,并基于飞思卡尔16位单片机MC9S128,提出了一种具有较强通用性的CCD异步复位触发系统。该系统的异步复位信号由接近开关传感器产生,触发摄像机进行异步拍摄,其定位延时精度可达0.1 ms,可以使物体进入设定的位置后进行图像采集,实现运动状态下物体的实时采集。实验及研究结果表明,基于该方法设计的触发系统具有较宽的适应范围,保证了实时图像采集的定位精度,对于一般工业在线检测具有一定的借鉴价值。     

并联机器人双目主动视觉目标定位的研究

为解决并联机器人"盲"工作状态,提高并联机器人的运动精度,构建了一种对并联机器人工作空间监测的双目主动视觉监测平台,并在双目主动视觉监测平台上给出了一种视觉空间目标定位算法.该算法分别研究了两个摄像机光轴在同-平面和不同平面时的空间目标定位问题.     

六自由度压电微动平台测量系统开发

针对精密机械以及精密加工等领域需要纳米级的定位精度,开发出由三组二自由度高精度测量模组组成的六自由度压电微动平台。该平台通过NI软硬设备的有效整合,改变压电制动器移动量,调整微动平台六自由度实现定位。通过三组二自由度测量模组输出的二维光点坐标,测量六轴微动平台位移参数。同时对各模组的安装误差采用正角度补偿和雷射角度补偿,以满足平台高精度需求。经过综合测试表明,系统线性解析度达到10nm,角度解析度为0.1arcsec,系统位移跳动量0.022μm,角度跳动量为0.06 arcsec,能达到即时精确定位。     

室内伪卫星载波多径误差抑制方法研究

为提升伪卫星在室内多径环境中的定位精度,根据室内伪卫星载波多径的时空变化特征建立了一种基于用户空间位置的多径误差改正模型。首先提取静态采样点的载波双差多径误差值,以采样点的三维坐标为输入、多径误差为输出,采用基于径向基核函数的支持向量回归进行误差模型训练,并借助留一法交叉验证获得模型的最优超参数。在该模型基础上,通过迭代不断修正载波双差观测方程,使得位置解能够最大程度地逼近真实坐标,从而达到抑制多径的目的。强多径室内环境下静态相对定位实验表明,多径改正后的整体平面定位精度提升到厘米-分米级,垂直精度提升到1 m以内。该方法无需对系统进行改造,适用于结构化室内环境中的伪卫星高精度定位。     

星空背景下空间目标的快速识别与精密定位

为了提高光电望远镜系统测量空间目标的实时性和定位精度,建立了空间目标快速识别与精密定位系统,讨论了空间目标运动特性、快速识别、星像质心计算和天文定位等算法。首先,介绍了空间目标光电观测系统的系统构成和工作原理;深入分析了空间目标在CCD视场中的运动特性,提出了一种空间目标快速识别算法。然后,结合帧间差分法和数学形态学等,完成了空间目标的快速识别。最后,研究了天文定位算法,采用Tycho-2星表,实现了空间目标的精密定位。实验结果表明:空间目标快速识别处理时间约为10ms,实时天文定位处理时间约为25ms,实时天文定位精度优于4″。得到的结果满足空间目标监视技术的实时性好、精度高、稳定可靠等要求。     

基于iGPS的煤巷狭长空间中掘进机绝对定位精度研究

为解决目前掘进机定位方法中存在的非坐标化测量、自动化程度低、易被障碍物遮挡等问题,提出一种基于室内定位系统的掘进机定位方法。该方法将激光接收器安装在掘进机机身固定位置处,通过测量激光接收器在发射站坐标系下的三维坐标,实现对掘进机的绝对定位。基于随机误差建模理论推导双发射站坐标测量的误差传导公式;针对目前室内定位系统绝对测量精度检测方法在狭长空间应用中的局限性,结合测量精度理论分析结果,提出一种适用于狭长空间的绝对测量精度检测方法。实验数据表明,双发射站测量系统在1.2m间距下,发射站与掘进机相距17m时Y轴定位精度优于10cm,X、Z轴定位精度优于2cm。     

大气临边观测中视轴临边指向精度的在轨补偿

为提高大气臭氧观测中的临边大气反演精度,克服臭氧探测仪在轨热变形和卫星姿态误差对临边指向精度的影响,建立了在轨视轴临边指向的精度补偿方法。通过分析低星等恒星的能量和观测时机,设计合适的恒星观测窗口和积分时间;采用平板玻璃获取星点像的弥散斑,用阈值距心法计算恒星像在像面上的位置;然后根据卫星轨道和探测仪的几何结构,设计临边指向精度的在轨补偿方法并分析了补偿后的临边指向精度。地面对星观测实验的结果表明:采用恒星定位补偿法,可使星点像的定位误差小于1.83″,当前视轴的指向误差控制在±3.08″以内;在编码器的位置重复精度为±2.47″的条件下,使临边观测光轴位置上的扫描镜定位误差控制在±3.95″以内,臭氧探测仪临边指向精度达到±7.9″以上,完全满足反演所需的指向精度优于±12.4″的要求。     

航空摄影镜间快门机构的设计

本文设计了一种应用于测绘型数字航空摄影相机的新型镜间快门,该快门具有结构紧凑、布局合理及可靠性高等特点,快门采用双叶片结构形式实现了五叶片快门同样高的快门效率。快门通过小型化设计,实现同轴轮系按不同传动比驱动双叶片旋转实现控制曝光的目的。控制电机转速连续调节叶片转速,可获得合适曝光量。对快门进行了模拟和实验分析,实验结果表明,快门的曝光时间范围达到1/100s~1/1000s,效率达到85%,快门对光学畸变影响小,具有曝光时间范围广、快门效率高和刚度较大等优点,同时刚度和强度满足相机的使用要求。     

高速彩色线阵CCD三色错位修正方法的研究

为了改善图像采集的质量,通过分析高速彩色线阵CCD三色错位产生的机理,提出了三色错位的几种修正方法:棱镜分光法、异步时钟控制曝光法、通过软件修正法.采用棱镜分光可以实现对红色、绿色和蓝色分量同时感光,避免颜色错位;改变现有CCD外围电路,通过异步时钟控制曝光,即调整CCD曝光的先后次序和延迟时间,实现错位修正;基于数据冗余与数据重新定位技术,通过软件达到实时修正色彩错位的目的.该方法以BASLERL301bc彩色线阵CCD摄像机为例得到验证,图像质量改善显著.     

大视场长焦面光学遥感器双凸轮式焦面调焦机构

为保证焦面长度大于600mm的大视场空间光学遥感器在空间环境下的成像质量,设计了一套在±2 mm调焦范围内焦面组件倾斜小于7”、定位精度优于0.01 mm的焦面调焦机构.针对系统对调焦精度、力学环境、真空环境的要求,该调焦机构采用双凸轮驱动技术来满足调焦精度要求;采用失电制动器自锁技术,使相机经发射等力学环境冲击后像面位置仍保持稳定.此外,采用高刚度导轨和轴承使调焦机构具有较高的动态刚度.设计分析及实验证明,该套焦面调焦机构具有较高的调焦精度和可靠性,能够在复杂的空间环境下完成调焦任务,提高遥感器的成像质量.