转镜式高速相机控制系统

由于应用的需求 ,转镜式高速相机的控制系统发展成以计算机和多种专用外围单元组成的计算机控制系统。介绍了该系统的组成和工作原理 ,系统各单元的具体实现方法。该系统采用了计算机控制、电力电子以及冲击电流放电等技术。     

转镜高速相机的电机调速系统设计

转镜高速相机的转镜驱动电机通常采用特种高速直流调速电机 ,对启动控制要求较高。而转镜高速相机不但要求其转镜驱动电机有较高的调速精度 ,还对整个转速—时间曲线提出了要求。这里介绍的计算机控制电机调速系统采用了专家控制型控制策略 ,使用了驱动简单、热稳定性好的绝缘门双极型晶体管 (IGBT)作功率放大元件 ,满足了转镜高速相机的需求。     

转镜式高速摄影机角跟踪精度的检测

为了提高转镜式高速摄影机测量弹丸运动轨迹的精度,本文通过合理假设和理论推导,依据弹丸外弹道飞行运动模型得到了弹丸飞行过程的数学模型。结合室内检测条件,设计了用于转镜式高速摄影机角跟踪精度的检测装置并分析了测试原理。用该设备实测了转镜式高速摄影机的角跟踪精度,并对检测装置的测量不确定度来源进行了分析。结果显示:被测转镜式高速摄影机的角跟踪精度为(0.34±0.06)°,检测装置的相对不确定度为3.0″;不确定度来源主要为角度测量不确定度和焦距测量不确定度。实验结果表明,设计的检测装置具有较高的准确度和可靠性。     

MCP选通X射线皮秒分幅相机研制进展

介绍了微带线MCP(微通道板)选通X射线皮秒分幅相机结构、工作原理、选通方式以及近两年研制工作进展.     

多通道门选通纳秒分幅相机

采用光学分幅技术和多通道门选通法研制了纳秒分幅相机。首次应用八棱锥将图像分为8幅,每幅图像有相等的光学能量并包含与原图像相同的光学信息,每个通道使用独立的带门选通的像增强器和CCD相机,自行开发的近贴门选通像增强器用于增强弱光图像。相机系统可一次获得8幅图像,分幅速率达到1×10⁸ frame/s,最短曝光时间和时间间隔为3 ns和10 ns并分别可调,可记录持续时间为百纳秒到几十微秒的发光现象,动态空间分辨率达到15 lp/mm。该相机已成功应用于电脉冲、等离子发光等现象的试验并获得了有意义的数据,可满足高速摄影机等设备具有高分幅速率,短曝光时间和适当间隔以及在曝光时间内固定时刻记录超快现象过程的要求。     

测绘相机光学镜简设计、加工及装配

研究了光学镜筒的设计、加工和装配.从材料选取、结构形式确定和性能分析等方面论述了测绘相机光学镜筒的设计过程,探讨了透镜支撑结构-薄壁壳体的加工方法.最后,介绍了单镜组和主镜筒的装配过程.通过比较,选取铸钛合金ZTC4作为镜筒的材料,采用单镜组加筋壳结构的组合形式,运用PATRAN/NASTRAN软件对主镜筒的分析表明其结构强度和刚度很好,可满足相机结构要求.薄壁壳体通过精密铸造,再经过车削而成,各定位阶梯内圆柱面同轴度达到0.01mm.镜简装配要点是无变形安装固定透镜、精确控制空气间隔和高精度定心.装配完成的镜头光学传递函数达到0.43(77lp/mm),满足测绘相机精度要求.     

高分辨率空间相机电控箱热设计

设计了高分辨率空间相机的电控箱,以解决其散热问题.首先,概述了电控箱热设计的基本流程.然后,采用了加导热片、表面发黑处理、填充导热填料等高可靠性的导热和辐射方式对需要散热的电子元器件、印制电路板以及设备机箱进行散热.通过真空条件下的热试验对热分析模型进行了修正,根据热试验和热分析的结果对热设计提出了增加机外热管的改进措...     

大相对孔径大视场紫外告警相机光学系统

为了满足紫外告警相机的特殊应用需求,分析了超广角光学系统的结构形式、像差平衡以及像面照度的一致性。设计了工作于0.254~0.272m波段的大视场、大相对孔径紫外光学系统,其视场角为120°,相对孔径为1/2。该系统采用反远距,准像方远心光路设计,减小了轴外视场和轴上视场的像面不均匀性;通过优选光学材料并合理分配光焦度优化了系统特性。实验显示,该系统在满足成像质量要求的前提下,具有成像畸变小、像面照度均匀等特点。光学系统全视场最大弥散斑半径小于63.5m,轴上、轴外视场像面照度均匀性小于10%,0.71视场的相对畸变小于20%。整个光学系统结构紧凑,满足设计指标要求,适合紫外告警相机的使用。     

便捷式码头转运车液压系统设计

为满足码头上对物资的快速搬运,设计了码头转运车液压系统,其液压系统采用了油箱、防爆电机、泵、阀、油缸和转向器等元件组成。用于控制转运车的运动、转向和提升、对接等功能,可完成横向、纵向0°~90°范围内任意角度移动。该装置满足载重量大、节能环保、工作可靠、使用方便的特点,完全满足了码头对转运车的设计要求。     

大视场相机最优投影模型识别及星光标定方法

针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法。首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型。随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法。通过将光束平差算法与北方苍鹰寻优策略相结合,对投影模型调节系数、相机内方位参数、相机外方位参数及镜头畸变系数同步优化,直到星点像面重投影均方根误差达到全局最小,得到最优投影模型及其参数。实测实验表明,大视场角相机星光标定后,星点像面坐标的重投影均方根误差为1/9 pixel。在连续帧星光标定实验中,通过卡尔曼滤波算法对相机参数随机误差进行了有效消除。该方法可在相机星光标定过程中识别最优投影模型并标定全部成像参数,具备连续帧标定及参数校准能力。     

大型空间离轴三反相机分体支撑结构设计

针对某1m分辨率、200 km幅宽的大尺度空间相机框架支撑结构轻质量、高刚度的设计要求,设计了一种轻型分体支撑结构.首先从大型空间离轴三反相机研制需求出发,综合比刚度、热稳定性及加工工艺等因素选择了性能良好的高体份SiCp/Al复合材料;然后以结构质量分数为约束条件,建立以基频为目标函数的拓扑优化数学模型,得到了拓扑结...     

立体成像眼底相机光学系统设计

为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像,使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能,设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成,在成像系统中,使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼,运用体视显微镜成像原理进行分光设计;在照明系统中,通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光,并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明,本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2,成像系统畸变小于-3%,场曲值小于0.1mm,色差矫正良好,并且具有较强的调焦能力,能对-10~+5m~(-1)的人眼清晰成像。     

大口径空间遥感相机主反射镜支撑设计

为降低外界载荷对空间遥感相机主镜面形精度的影响,提出采用不同的柔性环节独立约束主镜自由度的设计思想。通过运用CAD工程分析软件进行主镜系统动、静态特性及热特性的仿真分析,并在此基础上对主镜系统中柔性环节的结构参数进行修正,在保证支撑刚度的前提下降低由于重力、装配应力及温度变化对面形的影响,并可承受发射过程中的冲击和振动。     

异步Binning高帧频CCD相机的拖尾校正

一种基于异步时序驱动和Binning技术的高帧频成像技术在帧转移CCD相机上得到成功应用。为了抑制该CCD相机成像时产生的拖尾效应,基于该相机的高帧频连续成像原理,理论上分析了图像获取过程中拖尾产生的原因,给出了一套完整的消除拖尾的数值解析算法。该算法充分考虑了图像亮度变化对拖尾形成产生的影响,并对此进行了修正,已在异步Binning CCD相机上进行了实验验证。利用相机以40 000帧每秒的帧频获取4幅连续图像进行实验,实验结果表明,该算法可有效去除每幅图像的拖尾噪声,而且消除拖尾噪声后的图像区域的灰度方差得到明显降低,异步Binning CCD相机的成像质量得以提高。上述结果表明算法适用于高帧频相机的连续成像。     

面阵CCD KAI-0340DM高速相机的设计

使用常规CCD设计了高速相机系统,并解决了相机高速工作方式下的一系列难题.介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-0340DM的工作原理,采用高度集成视频处理芯片来产生各高速时序信号;通过提高驱动芯片与线路板的热传导效率增加有效散热面积从而降低芯片的温升;建立了高速运放电路的自激振荡模型,并采用有效方法克服了自激振荡;采用...     

基于相机阵列的三维集成成像记录系统

基于三维集成成像理论以及相机阵列和显示透镜阵列之间的对应关系,利用几何成像理论和光线追踪方法对不匹配全光学集成成像记录系统进行了理论分析,得到了主要记录参数(记录距离和相机间隔)和集成成像显示特性之间的关系。提出了一种非匹配系统中相机阵列记录系统参数的设计方法,并设计了相机阵列记录系统。计算得到了系统的关键参数为记录距离49.6cm,相机间隔25mm。对提出的方法进行了实验验证,结果表明,提出的相机阵列光学记录系统能够完整记录场景的三维信息,三维显示特性基本达到了设计指标,相机阵列的主要记录参数与集成成像三维显示特性的关系符合理论分析,验证了提出方法及系统设计的可行性。提出的系统可为不匹配全光学集成成像系统显示提供大场景、高分辨率微图像阵列。     

高速摄像技术在微型旋翼机性能测量中的应用

提出了一种测量微型旋翼机桨距角及弹性连杆变形角度的新方法—高速摄像法。这种方法可以准确地测得高速旋转物体的角度,拍摄速度可达15 000帧/s。实验需要处理两个角度——桨距角和弹性连杆变形角度。实验中,首先对拍摄部位进行预处理,然后对微型飞行器在高速旋转时的不同状态进行拍摄,包括从正面拍摄桨距角和从侧面拍摄弹性连杆的变形角度,对拍摄到的图片进行筛选、存储并进行图像处理。图像处理部分是用MATLAB软件进行边缘检测,对比了四种不同的检测方法的效果,最后采用Canny算法。用最小二乘法拟和成直线,得到所需的角度;利用采集电路将角度与电压实时地对应起来,得到了电机电压和桨距角及弹性连杆变形角度的八组关系曲线,并对得到角度的精度进行了分析。实验证明这种方法在微型飞行器高速旋转时信号弱、干扰强、其动态特性难以精确测量情况下,可有效测量微型飞行器的变距角度。     

测绘相机光学镜筒设计、加工及装配

测绘相机光学镜筒是保障测绘相机完成高精度测绘任务的重要部件,它的性能好坏直接影响测绘相机成像质量。为得到高质量成像相机,本文从材料选取、结构形式的确定和性能分析等方面详细阐述了测绘相机光学镜筒的设计过程。通过分析比较,最终选取铸钛合金ZTC4作为镜筒的材料,采用单镜组加筋壳结构的组合形式,并通过PATRAN/NASTRAN软件对主镜筒装配体的静力学和动力学分析得到具有很好整体性能的光机结构;同时给出了形位公差要求、拟定了严格的薄壁壳体的加工方法,并论述了单镜组和主镜筒整体装配的过程。     

锥摆扫一体化空间相机成像模式设计

针对高分辨相机难以实现超宽覆盖的问题,本文设计了锥摆扫一体化成像模式.通过对锥摆扫一体化成像原理进行分析,建立了锥摆扫一体化成像模型;然后,设计了最佳地面轨迹模型,并分析了轨道速度、平台旋转角速度和摆扫转动角速度的关系,并基于地面轨迹给出了曝光时间、帧频的计算方案.最后,通过MATLAB进行算例仿真,并对地面覆盖宽度和...