一种航空相机自准直自动检焦方法研究

由于航空照相的特点,在高空中温度,气压等环境参数的变化会引起相机光学系统的离焦,实时精确的自动检调焦技术是现代航空摄影相机必不可少的组成部分之一。本文介绍一种利用自准直原理实现自动检焦的方法,分析了光栅常数与反射镜摆扫速率、接收元件响应时间的关系,研究了光栅的方向与在焦平面上的摆放位置以及检焦光源的选择。实际应用中满足了在各型号相机的使用要求,取得了良好的效果。     

航空遥感相机Ronchi光栅自准直检焦模型分析与验证

为解决航空遥感相机检焦系统故障分析、元器件选型及提高检焦精度的问题,本文深入研究了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦法。首先,归纳总结了国内外航空相机常用的几种检焦方法,对比了每种检焦方法的优缺点。接着,重点介绍了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦系统的构成和工作原理,建立了数学模型,模拟了检焦系统在不同像面位置处的输出波形。然后,为衡量离焦程度,提出了离焦评价因子的概念,接着分析了光学系统的衍射效应和像差大小、Ronchi光栅的周期选择及检焦光源的能量分布这三种因素对检焦精度的影响,给出了Ronchi光栅周期的选择方法。最后,通过实验的方法对本文的仿真结果加以验证。实验结果表明:合焦波形的峰峰值占比0.82,对应0.05 mm步长下的平均检焦分辨力约为10%。     

航空相机的自准直自动检焦方法研究

针对航空照相在高空中会由于温度、气压等环境参数的变化引起光学系统离焦的现象,设计了一种利用自准直原理实现自动检焦的结构.分析了光栅常数与反射镜摆扫速率、接收元件响应时间的关系,研究了光栅的刻线方向在焦平面上的摆放位置和不同光源参数对检焦精度的影响.试验结果表明,自动检焦的焦平面位置与实验室光学标定的焦平面位置的偏差<1/3半焦深.满足使用要求,并在动态飞行试验中获得了良好的图像.该方法可推广于带有扫描反射镜的航空相机的检焦设计与研究中.     

基于光学自准直的航空相机自动调焦系统

分析了摄影环境的大气压力和温度的变化对航空相机离焦的影响,介绍了基于光学自准直的自动调焦系统的硬件电路原理和软件流程设计.基于光学自准直的检焦技术,选用两种图像清晰度评价函数,运用爬山搜索法采用变步长进行检焦控制,不仅有效地节省了检焦时图像处理的时间,而且提高了检焦的精度.通过引入高度和摄影角度数据,进行离焦量计算,通...     

图像矩心内插法在空间相机实时检焦中的应用

自动检调焦技术是保证空间相机拍摄出高质量图象的重要技术手段,本文提出了一种自准直法精密检焦系统,该方法利用五棱镜代替大平面反射镜,用CCD作为光电转换器件,用半导体激光器做光源,结构紧凑,稳定可靠.采用矩心法求取光斑在CCD上的移动量,从而计算出离焦量,在测量中通过合理选取阈值和数据平滑技术,提高了检测精度,实验结果表明该方法能够达5μm以内的检焦分辨率     

斜视航空相机的斜距离焦补偿

针对斜视航空相机成像时产生的离焦,设计了相应的调焦机构以补偿斜距离焦量。分析了斜距离焦原理,得出了斜距离焦补偿量的计算公式,并提出采用凸轮机构对斜距离焦量进行补偿。考虑传统的基于偏心凸轮的斜距调焦机构的理论模型具有数学近似的缺点,设计了理论模型没有进行数学近似的基于圆柱凸轮的斜距调焦机构。由于斜距调焦机构设计时是基于某一典型高度,当相机工作于其他高度时会产生剩余离焦量,文中分析了剩余离焦量产生的原因、处理方法和处理流程,从而使斜距离焦量在相机所有工作高度和扫描角范围内均得到补偿,为相机获得高质量图像提供了条件。最后,在实验室利用平行光管模拟了不同物距的成像,验证了提出的斜距调焦机构的有效性和准确性。     

基于多方向扩展Sobel加权算法的合作目标检焦方法研究

在高空及邻近空间环境中，温度、压力等环境的急剧变化会导致航空光学载荷的光学系统出现离焦现象。为此，对图像背景亮度均衡算法和基于边缘检测图像清晰度评价自动检焦方法进行了研究，针对静态合作目标的检焦图像背景亮度不均衡的问题，提出了动态分块均衡背景亮度算法，设计了一种基于多方向扩展Sobel加权算法的合作目标检焦方法，所提的背景亮度均衡算法能够在保留细节的同时均衡图像背景亮度，设计的检焦方法能够有效检出图像更多边缘细节。为了验证该方法的检焦性能，使用可见光探测器对合作目标成像，模拟光学载荷的检焦过程获取过程图像，实验证明的了该方法消除了背景亮度变化对检焦结果的影响,较传统图像检焦算法具备更高的灵敏度，检焦精度提升了5%。     

Anti-Windup变结构自适应PID控制在航空相机位角控制系统的应用

航空相机位角控制系统在大给定行程条件下易出现积分Windup现象,从而影响系统的动态性能。为了提高位角控制系统在大给定输入条件下的动态响应性能,提出采用基于Anti-Windup的变结构自适应抗饱和PID控制法来设计位角控制系统。采用主副串级双回路的位置控制策略,在速度内环采用了基于Anti-Windup的变结构自适应PID控制的补偿环节,并采用基于实数编码遗传算法的PID整定方法对速度内环PID初始参数进行整定,参数选取最优指标时对超调采取惩罚功能,使位角控制系统在大给定行程输入下仍能达到比较满意的性能。实验表明:采用基于AntiWindup的变结构自适应PID控制的控制策略,避免了位角反射镜在检焦结束后的回位阶段进入饱和状态,使回位调整时间缩小了35.7%,提高了检焦结束后大行程回位的速度。     

一种应用于航空相机的注释系统

航空相机注释系统需要安装在成像光路里,而光路里空间有限。该设计,在注释系统中选用了两块反射棱镜,使注释光路两次折反,从而使体积最大的注释器件可以安装在输片机外,胶片上方只占用了长29 mm,宽22 mm,高17.5 mm的空间,很好地解决了胶片直线方向上空间有限的问题。并且在实际拍照工作中,得到了注释信息清晰的相片。     

飞行器姿态对CMOS航空相机成像的影响

为了消除CMOS航空相机高速成像时存在的卷帘快门(RS)效应对成像质量的影响,建立了在任意姿态角下计算CMOS相机RS效应的数学模型。通过分析CMOS成像原理,利用坐标变换法求得像面上任意像素点的速度。在分析卷帘快门原理的基础上推导出了RS效应的解析式。利用蒙特卡洛统计方法分析模型精度,对模型关键参数进行了仿真实验,并讨论了帧间延迟和姿态角对RS效应的影响。实验结果显示:在高度测量误差小于0.09km,速度测量误差小于0.3km/h,姿态角测量误差小于0.02°时,该模型的精度在1/3个像元以内。得到的结果证明了本文模型的有效性。该模型可作为定量分析大面阵CMOS相机RS效应的理论依据,对CMOS传感器在航空相机领域的应用有指导作用。     

航天立体测绘相机调焦机构设计与精度分析

航天立体测绘相机受发射过程的振动、冲击以及复杂多变的空间温度、压力等环境的影响,相机的CCD靶面将产生不同程度的偏移,为保证相机成像质量及后续测绘任务的完成,需将变化的CCD靶面进行补偿。因此本文设计了一种基于凸轮导向的调焦机构,通过传动误差的分析及精度验证试验结果表明,该调焦机构的传动误差为±1.71 μm;CCD靶面的直线性精度X方向11.2〞、Y方向11.8〞;CCD靶面绕光轴的旋转4.7〞,满足用户提出的精度要求。     

离轴三反消像散多光谱相机调焦系统设计

空间环境的恶劣经常导致航天相机的成像平面偏离焦平面产生离焦,从而影响遥感成像质量.本文针对某航天离轴三反消像散多光谱相机设计了一种调焦系统对成像平面的离焦进行有效补偿.首先,分析了相机的离轴三反消像散光学系统和CCD焦平面的特点,确定调焦方式并阐述调焦系统工作原理.然后,介绍了调焦系统构成以及调焦控制器环境适应性、步进电机力矩选择、调焦传动机构的设计参数和位置编码器,推导出了调焦精度与调焦机构参数及编码器分辨率的关系,分析了调焦系统所能达到的调焦精度.最后,通过调焦系统测试了调焦行程内CCD焦平面直线位置与编码器码值的对应曲线.对闭环控制方式测试数据的计算分析显示,闭环调焦精度在3σ情况下为±3.11 μm,满足相机调焦控制精度±10μm的要求.     

跟瞄系统调焦结构分析

在动态跟瞄系统中,获得大小适中、清晰稳定的目标图像是对目标进行跟踪、瞄准的前提条件。为使调焦系统能够在动态跟瞄系统中平滑、灵活、快速地进行调焦,系统采用凸轮调焦,应用MATLAB软件对凸轮曲线进行优化,使系统的MTF曲线在50 lp时数值全部大于0.6,像差基本达到平衡,成像图像清晰,可满足实际应用要求。通过伺服电机带动调焦凸轮的结构,使整体结构满足紧凑、轻量的要求,调节精度为±1.1μm。最终实现了对动态目标的跟踪、瞄准。     

镍系低温用钢缺口韧性的研究

通过对材料的试验检测及金相与电子断口分析,总结出调质工艺、正火 调质及不同的加热与回火温度对LF3锻钢和LC3铸钢低温韧性的影响。为改善这2种钢低温韧性的稳定性提供了良好的方法。     

基于单片机的高温井下智能阀门控制系统

本文介绍了一种基于单片机控制的低功耗、耐高温的井下智能阀门控制系统.系统采用双CPU控制,引入硅振荡器提供时钟控制信号,主机完成智能阀门的时间设定,并进行时间数据的处理、显示以及键盘输入等工作,从机根据设定的时间控制阀门动作.通过单片机串口通讯实现主从机之间的数据与控制指令的传输.     

低温环境下MEMS动态测试系统

研制了低温环境下MEMS动态特性测试系统.对低温环境的产生及其关键问题、低温环境下的激励方法、信号检测方法,及高速数据采集方法进行了初步研究.采用半导体冷阱产生低温环境,为防止低温下结霜对测试精度造成影响,测试在真空环境中进行.研制了基于压电陶瓷的底座激励装置,用于低温环境下对微器件激励.采用2种方法用于低温环境下微器件振动响应信号的检测,一种是采用内置敏感元件的方法,被测微器件受到激励后自身输出信号,经高速数据采集单元采集进入计算机;另一种是采用激光多普勒测振仪在低温环境外部进行检测.以LabVIEW为平台开发了测试系统控制软件,实现了微器件激励、数据采集、存储自动化.对系统的总体设计、硬件组成、系统功能、实验研究等方面作出了详细阐述.     

用于流式细胞仪的超声聚焦系统的仿真与设计

介绍了一种利用超声驻波对颗粒进行二维聚焦的方案,其可用于流式细胞仪中微量(少于82μL)细胞样品的上样,无需鞘液即可实现颗粒在管道中央的逐个排列,并能以高至0.5 m L/min的速度依次通过检测区。该方案避免了颗粒在管道中的随机分布现象,提高了流式细胞检测的准确性,分析后的样品还能被无稀释地回收再利用。从驻波形成、声阻抗匹配、颗粒在声场中的受力分析等理论出发,着重仿真分析了驻波场中颗粒在不同参数下的运动路径。在理论模型的基础上搭建了1.462 MHz频率驱动的方形毛细管实验平台,利用10和20μm直径的聚苯乙烯微球验证了超声聚焦颗粒的可行性,实验表明低流速、高声场强度时聚焦更紧密,大颗粒比小颗粒更易聚焦。该结论与仿真结果一致。     

空间相机透镜调焦机构的设计与测试

高分辨率空间相机受发射段恶劣的力学环境以及空间复杂的温度环境影响,光学系统会产生微小的离焦量。为保证相机成像质量,本文设计了一种由蜗轮蜗杆与凸轮滑块机构组成的新型高精度调焦机构来修正离焦量。该设计通过蜗轮蜗杆实现第一级减速,并且使驱动器旋转轴与光轴正交,使机构更紧凑。通过凸轮滑块机构进一步进行减速,同时将旋转运动转化为直线运动,并通过直线导轨保证滑块的直线运动精度。该机构体积小、精度高,并且能实现断电自锁。机构运动副上溅射固体润滑涂层,防止发生真空冷焊。结合机构自身的特点,分析了机构调焦的分辨率与误差。对该机构开展了力学与热真空循环试验,试验前后对机构的精度指标进行了对比测试。试验与测试结果表明:该机构环境试验后性能参数正常,其调焦位移误差优于5.8μm,线性度优于0.3%,偏摆角优于14″。在热光试验中通过调整焦面,成像质量有显著的提升。该调焦机构能够满足光学系统的精度与环境适应性要求。     

低温环境起重机的设计

针对在低温环境下使用的起重机,在设计时应对起重机的钢结构、机构零部件及电气设备等的设计和选型作出特殊考虑,使其能够在低温环境下正常工作.