Visibility的航空遥感相机自动焦面检测方法

为了解决航空遥感相机自动焦面检测的问题,提出了一种利用空间滤波测速（SFV）原理进行航空遥感相机自动焦面检测的方法。首先,在焦面检测过程中,采集线阵CCD输出图像的Visibility值,利用SFV信号的Visibility值与离焦量之间的关系,通过搜寻SFV信号Visibility最大值找出最佳的成像焦面位置;其次,对空间滤波测速原理及Visibility与离焦量的关系进行了介绍;最后,对设计的实验装置在5~53.2 mm/s的典型像移速度下进行了20次焦面检测,结果表明最大测量误差均方值为46.25m,小于航空遥感相机光学系统的检焦误差宽容度（76.8m）,能够满足航空遥感相机的自动焦面检测精度要求。     

基于五棱镜的大型平行光管焦面监测技术及误差修正方法

大型平行光管在进行空间环境模拟实验中由于受到温度、气压大幅改变的影响,离焦现象较为严重,为了解决该状态下平行光管离焦量检测难度较大、检测精度不高等问题,提出了一种针对大口径长焦距平行光管焦面位置检测的新方法,可以对平行光管的离焦量进行实时的监测。分析了由五棱镜引入的主要系统误差,并使用更新基准数据的方法将其修正。在口径为700 mm 焦距为18 m 的平行光管上进行了实验,结果表明该系统检焦精度在150 m 以内,满足实验室对大型平行光管焦面位置精度小于200 m 的指标要求。     

基于自准直法的长焦距CCD航空相机的离焦补偿

为了对长焦距航空相机的离焦进行补偿,设计了一种基于自准直的离焦补偿系统.该系统首先采用高度自动化和智能化的光电自准直离焦补偿法实现离焦量的校正,然后通过引入飞机高度数据进行离焦量计算,并通过相应装置实现离焦校正.在校正过程中,采用效率更高的改进爬山算法进行准确焦面定位,利用FPGA硬件系统进行数据处理,并通过VHDL语...     

临近空间激光雷达自调焦接收系统设计

针对临近空间激光雷达所使用的离轴抛物面反射镜在低温下会发生形变导致反射光耦合进光纤时效率下降的问题,通过研究自调焦技术,设计了自动补偿激光雷达组件,用于抵消温度对系统的影响。利用有限元法分析了接收系统在热载荷作用下的变形,获得镜面离散变形数据,使用Zernike多项式拟合镜面变形后的面形,通过光学设计软件模拟得出该激光雷达接收系统优化后的焦距变化与温度呈线性关系,经过光学设计软件确定补偿位置。使用温度自适应调整机构降低热变形带来的离焦量影响。分析结果表明,补偿后均方根半径从26.495μm下降至15.93μm,光斑半径减少39.9%,耦合效率提升至80%以上。     

轻小型空间遥感相机精密调焦机构设计与试验

空间遥感相机在发射过程中及其在轨运行时,由于大气压力、温度、力学环境等的变化,导致焦面离焦。为了满足成像质量要求,相机在空间投入使用之前必须对偏离的焦面进行校正。针对轻小型空间相机的使用特性及要求,设计了一套调焦范围3 mm的像面移动式调焦机构,质量仅为3.25 kg。利用蜗杆传动的自锁性,防止焦面组件在外力作用下发生窜动。选用微型精密级直线滚动导轨保证CMOS靶面的直线性精度。同时利用光电编码器（16位）实时反馈靶面的位置信息,以保证其定位精度。对调焦机构进行了理论分析、动力学分析及试验验证、精度测试及分析、焦面标定试验等。试验结果表明:调焦机构的一阶固有频率为182.7 Hz,可以有效地避免共振现象;CMOS靶面的直线性精度优于20,定位精度优于4.2 m,满足调焦精度要求;焦面标定试验验证了调焦机构设计的有效性,满足了空间遥感相机的成像质量要求。     

TFT-LCD检测中基于激光三角法的显微镜离焦快速在线检测及补偿

光学成像检测设备的快速自动对焦是基于机器视觉快速缺陷检测的关键,为了解决检测过程中不同倍数物镜景深(0.5~91μm)跨度大以及被检测物体振动给快速对焦造成的影响等问题,提出了基于激光三角法的显微镜离焦在线检测及补偿方法。该方法利用激光三角法进行离焦量和离焦方向的快速探测,使用由行程100μm的压电陶瓷和行程25 mm直流电机构成的宏微双驱动结构协同控制完成大范围对焦任务。实验结果表明,构建的宏微结构对焦方式可以在0.4 s内实现高倍物镜±0.5μm景深至低倍物镜±91μm景深大范围的快速自动对焦,并实现被检测物体±3μm振动范围的快速自动跟随对焦。该方法满足了新一代薄膜场效应晶体管液晶显示器(TFT-LCD)工业检测装备对自动化对焦范围、速度和精度的要求,同时可应用在平板显示器(FPD)检测、线路板检测、生物医学和自动机器装配等领域。     

新型航空相机自动调焦系统的设计

根据航空摄影侦察高机动性的特点和调焦精度要求,提出了数据采集与计算的自动调焦方法.分析了航空摄影时大气压力、温度和摄影斜距的变化对航空相机离焦的影响,给出了计算相机离焦量的简易数学方程,介绍了新型航空相机自动调焦系统的设计原理和基本组成,完成了系统的硬件电路和软件流程设计.光学测试和实际应用证明:这种控制技术不仅实用可...     

TDI-CCD全景航空相机快速自动检调焦方法

为了提高航空相机的实时侦察能力,提出了一种针对时间延迟电荷耦合器件(TDI-CCD)全景航空相机的快速自动检调焦方法。在检焦过程中,焦平面上的靶标图案经相机自身光学系统成像在TDI-CCD上,同时调焦反射镜沿光学系统主光轴在镜头后截距给定范围内连续快速移动,利用TDI-CCD的全帧转移工作模式,对经光学系统调制后的靶标图案进行高速采集,结合精密调焦驱动结构对采集到的图像进行高空间分辨率的定位。采用梯度算子、拉普拉斯算子、傅立叶变换、小波变换等7种聚焦评价函数对采集的调制靶标图案进行了比较分析,给出了各种算法的检焦精度。实验结果表明,本方法的检焦时间小于1s,采用小波变换作为评价函数的检焦重复性精度优于9.6μm,满足成像系统对离焦量允许值的要求。     

一种在离焦情况下获得高分辨率图像的新技术

在遥感、军事侦察和医疗成象等领域,需要得到目标的高分辨率图像．而像面离焦直接影响了成像质量、降低了空间分辨率．为了得到高分辨率图像,往往采用自动焦面补偿装置或温控系统来克服离焦现象,但这又不利于仪器的小型化和轻量化．本文提出,在光学系统光路中加入一特殊设计的非球面掩模板,并对经过位相掩模板后的图像进行图象处理得到清晰图像．使光学系统在大离焦量的情况下仍可获取高分辨率的图像．这对于光学遥感器在复杂的空间环境中获取高分辨率图像具有十分重要的意义。     

基于三光斑的激光束离焦量实时检测方法

为了提高强激光系统中输出光束的光束质量,提出了一种利用三光斑来探测离焦的方法,该方法能够在探测器上横向探测光束轴向上三处位置的光斑尺寸,通过三光斑间的尺寸关系可计算出光束的离焦量,进而根据离焦量进行闭环校正。实验中通过调节整形系统对光束的离焦量进行离焦补偿,使得光束离焦量从（4.90.2） mm校正至（0.30.1） mm。实验结果表明,该方法结构简单,能够测量各种因素引起的强激光的发散会聚度,给出了离焦补偿的可靠判据,为解决强激光热效应造成的光束发散提供了一种新方法。     

临界角法激光直写聚焦伺服系统静态特性研究

为同时提高金属网栅屏蔽效率及红外透过率,要求激光直写线条细且均匀.而工件面型误差、光刻胶涂布不均匀性、机械轴系误差等会造成写入焦斑离焦,影响线条线宽及均匀性.需引入聚焦伺服系统来实时探测并补偿离焦,确保写入光束实时聚焦在光刻胶面上.给出了临界角法调焦的原理,搭建了由探焦光路、离焦信号前放、压电陶瓷微位移执行机构组成的聚...     

边缘视场检焦在航空遥感器中的应用

针对大面阵航空遥感器检焦存在的问题,提出了一种通过边缘视场检焦确定中心视场焦面位置的方法。通过倾斜安装与精密装调相结合的方法来提高检焦精度,检焦系统的倾斜安装能够解决边缘视场视场角对检焦的影响,利用显微镜装调、照相装调和电控校准来实现检焦像面的粗、精和精细标定,解决边缘视场与中心视场像面存在差异的问题。检焦系统的伺服控制采用粗精结合、遍历搜索的方法搜索出焦面的最佳位置,搜索最短步长为0.01 mm。经分析计算,检焦重复精度为0.03 mm,在焦深范围内,满足使用要求。经试验验证和试飞验证,证明该自动检焦方法检出的焦面准确,得到的照片效果良好,该方法切实可行。     

基于图像处理的光学无热化设计效果检测系统

无热化设计是红外光学系统设计的一项重要内容,为了检测无热化设计的效果,提出了一种基于图像处理的红外光学系统无热化设计效果检测方法。利用此方法对被测光学系统进行自动调焦,记录其在不同工作温度下的焦点位置并进行分析,得到被测光学系统在不同温度下的相对离焦量。研制了某型无热化设计效果检测系统,介绍了其系统组成、测量离焦量的工作原理、自动调焦算法和调焦区域的选择,给出了实验结果。还提出了一种基于图像灰度梯度的复合聚焦策略并进行验证。实验结果表明,其调焦速度快,重复性好,精度较高,抗噪声干扰能力强。     

长线阵大负载焦平面调焦机构设计

空间相机运载过程的冲击振动及在轨复杂力热环境的影响容易导致相机焦平面与像面的不重合,产生离焦问题。针对长线阵大负载焦平面离焦问题,设计了一种调焦机构。该机构采用两套机构驱动,可以提供大的驱动力矩,并采用两组过约束导轨保证其力学性能。每套驱动机构由步进电机、滚珠丝杠、编码器、滚动导轨和齿轮系组成。对调焦机构建立了有限元仿真分析模型,通过模态分析,验证了该结构具有较好的刚性,能够满足相应的力学条件要求。后续通过力学试验后的精度测试对调焦精度、稳定性精度分析表明:该调焦机构的调焦精度为3.8 μm,稳定性小于5″, 同步精度为1.1 μm。设计及试验证明,该调焦机构具有较高的调焦精度和可靠性,可以满足一定范围内长线阵焦面精密调焦需要。     

航空相机焦面组件相变温控设计及验证

航空相机焦面组件是机载电子设备中具有严格温度要求的重要组件,其工作期间温度过高产生的热噪声和暗电流将导致成像质量下降。讨论分析了某型航空相机焦面组件热设计的特点,采用封装有相变材料的相变温控系统进行散热,根据结构特点和导热路径,给出了热设计方案。采用有限元数值分析方法,建立了热平衡方程和热分析计算模型,应用热分析软件IDEAS-TMG在给定温度边界条件下进行瞬态仿真分析,给出了组件的热响应性能。热分析结果表明:焦面组件和散热器工作温度范围分别为18～31.1 ℃、18～28.2 ℃。所获得的分析结果能够满足热控指标要求。最后通过热实验对采用相变温控系统的热设计方案进行了验证,验证实验结果与数值分析结果吻合较好,结果对比最大偏差均不超过5%,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。实验过程中焦面组件和散热器工作温度范围分别为18～32.3 ℃、18～29.6 ℃。     

机载航空侦察相机调焦机构设计

本文针对一种机载和航空侦察相机,研究了导致航空相机焦面偏离的各种原因,指出温度、大气压力变化和照相距离的变化,是导致相机离焦的主要原因。通过对该原因的分析、研究,确定了自动调焦系统方案,设计了一套原理简单、结构可靠的调焦机构。对该调焦机构进行精度分析并进行了相关的试验。试验结果表明,该调焦机构设计合理可行。     

图像清晰度评价函数在航空相机中的应用

为消除大气压力和温度的变化对航空CCD相机成像清晰度的影响,减少相机控制环节,设计了一种基于两种图像清晰度评价函数确定镜头焦面位置的自动检焦系统。灰度差分法函数用于较大范围大步长粗检焦,Brenner函数用于小范围小步长细检焦,检焦过程运用爬山搜索法求取评价函数的最大值。这种采用粗精结合的控制方法不仅有效地节省了图像处理的时间,而且提高了检焦的精度。经过光学测试和试验证明,该系统运行稳定,检焦精度为0.01 mm,满足了航空相机焦面位置精度要求。     

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。