长线阵TDICCD空间相机像移匹配及MTF分析

长线阵TDI（time delay and integration）CCD空间相机通过机动成像可以获得更宽的地面幅宽,缩短重访周期。由于角度变换和地球曲率等因素,相机不同视场位置的像移速度和偏流角存在差异,TDICCD焦面越长,机动角度越大,差异越大。通过像移解析模型计算像面上各点像速矢量,定量分析空间相机在侧摆和俯仰成像时视场上各点像移速度和偏流角差异对调制传递函数（MTF）的影响,并以MTF为约束确定各工况下的像速匹配模式和参数指标。分析结果表明：侧摆成像时,以沿TDICCD积分方向上的MTF退化为主;俯仰成像时,垂直于TDICCD积分方向上的MTF退化较多。以某工程实例计算：以传函下降5%为约束,以最大侧摆角40°成像时,可采用32级积分级数。俯仰30°成像时,可用积分级数不能超过8级;俯仰10°成像时,积分级数不超过16级。     

航天遥感TDI CCD相机面阵成像模式的实现

为了解决TDI CCD相机无法利用面阵图像来测量光学系统畸变的问题,提出了一种TDI CCD的面阵工作模式。首先,介绍了TDI CCD的工作原理,分析了TDI CCD工作于面阵模式的条件,然后设计了TDI CCD面阵工作模式的电荷转移时序,阐述了TDI CCD工作在面阵模式时行周期和积分时间的设置方法,并在FPGA内实现了TDI CCD面阵工作模式时序。最后,以积分球作为光源,利用TDI CCD相机成像系统实现了TDI CCD相机的面阵模式成像,并获得了TDI CCD相机的清晰面阵图像。理论分析与实验结果均表明,该方法能获得TDI CCD相机的面阵图像,可为光学系统畸变测量提供必备条件。     

透镜调制传递函数测量中的对焦问题研究

本文提出一种数字式光学传递函数测量仪,并利用该装置测量了透镜调制传递函数.对测量系统在不同离焦状态时的调制传递函数(MTF)进行了测量研究.发现调焦精度与空间频率有关系.本文利用锐度作判据进行了测量.在文章的最后对引起误差的各种可能因素作了分析.     

航空航天相机成像性能测试系统研究

在航空航天相机的研制过程中,为了测试与评估其整机系统的成像性能,针对相机高分辨率、高量化位数和高帧频的特 点,研究开发了一套基于千兆以太网的航空航天相机成像性能的测试系统。 在测试系统中应用 FPGA 完成千兆以太网协议实 现图像数据的高速传输,通过上位机实时显示图像并进行图像处理与计算,经过对调制传递函数的理论分析,确定采用对比度 法计算获得相机的调制传递函数(MTF)。 实验验证了图像数据实时显示的可行性与图像数据传输的正确性,同时使用 3 种不 同型号的相机获取了不同分辨率 2 048×2 049、2 564×2 162、2 045×256 的测试图像的 MTF 值,通过获取 3 组数据的标准差,并 与传统人工测试方法的对比分析,实验表明,该测试装置大幅提高了测试效率和测试精度,实现了整体系统成像性能的实时 评价。     

一种基于线阵CCD的工件外尺寸测量装置的设计与实现

为了实现测量过程的自动化,提出了基于线阵CCD的工件外尺寸测量装置的设计方法。采用单片机为核心,并结合液晶智能显示终端,实现了工件外尺寸的非接触式在线测量和实时传输显示。利用光学成像原理,设计搭建了对应的光学系统;根据线阵CCD的工作原理,设计了信号处理硬件电路;为了实现自动化和智能测试,编写了相关的软件程序,同时对可能出现的异常进行了预警处理;最终进行了系统装置的封装测试。实验结果表明,该装置结构简单,测量结果准确,精度达到了微米级测量要求。     

基于提高线阵CCD测量系统测量精度的研究

为了提高线阵CCD测量系统的测量精度,从影响系统的几个主要方面进行了分析研究,并提出相关的改善措施。文中除了详细论述了线阵CCD传感器、光源成像系统、A/D转换器等器件系统外,还分析研究了信息采集、驱动电路设计方法和图像处理的软件算法,详述了双相关采样法,单片机驱动,复杂可编程逻辑器件驱动和线阵CCD的细分方法,并进行适当的改善。指出线阵CCD的细分方法将是未来研究改善系统测量精度的主要方向,经过改善后的系统测量精度将大大提高。     

基于Android平台的相机清晰度检测系统

为了能够实时、准确地完成对光学系统清晰度的检测，提高相机模组的一致性，本文设计了一款基于安卓平台的相机清晰度检测系统。在相机装配的主动对准过程中，通过测量调制传递函数的方法，来评价相机的成像清晰度。不同于市面上现有的检测仪器，该检测系统体积小、普适性强、操作方便、成本较低、可实时记录相机模组在不同状态下的调制传递函数，达到检测相机模组成像质量的目的。在相机模组检测领域中，该系统更易实现商业化和产业化价值。     

基于激光干涉的准直技术检测系统的构建

通过分析和比较当前国内外直线度误差测量情况,提出了一种基于激光条纹干涉的准直技术的检测系统。系统利用楔形平板上下两表面的反射作用,将一束经准直扩束后入射的激光分解为交角2α的交叉光束,在两束平行激光束交叉的范围内便产生等厚干涉条纹。测量前调整并固定好激光器和楔形平板等激光发射装置的位置,以保证测量过程中干涉条纹不发生移动。测量时当导轨上某点存在凸起或凹陷时,接收靶在导轨轴方向上发生上下位置变动,干涉条纹相对于接收靶也会产生位移变化。通过线阵CCD可以检测到接收靶在导轨不同测量点处干涉光照射在CCD像敏面上的位置,处理后得到导轨的直线度误差。     

便携式电机轴功率激光测量方法及应用研究

为实现便携准确测量油田注水电机的实时轴功率,提出并设计了一种基于线阵CCD的便携式电机轴功率测量系统。该轴功率测量系统利用线性激光反射放大原理对动态扭矩进行测量,包括CCD时序驱动模块、测距及测速模块、DSP数据采集及处理模块、上位机通信及数据处理模块等4部分。该测量系统工作时连续发射一束水平高精度激光按照设定间隔固定在传动轴上的两个适配反射镜表面,其反射激光分别照射到两个线阵CCD感光面并利用差模计算方法得出激光像素点位置和传动轴的扭变角度,进而计算得到动态扭矩。其中,适配反射镜与CCD之间的距离利用红外距离传感器测量;传动轴的转动位置和电机转速利用高精度光敏器件测量。最终电机的轴功率根据动态扭矩和转速计算得到。实验结果证明,该轴功率测量系统的相对误差小于4%,测量精度满足实际测量需求,并可抑制水平和垂直各方向的振动噪声,为便携式电机轴功率测量系统的设计与开发奠定基础。     

采用PSD测量汽车的前束值和推进角

在汽车的测量中,目前主要采用光学器件如位置传感器PSD或者线阵CCD来测量前束值和推进角。和采用CCD设计的电路相比,采用PSD设计的电路简单,成本低,分辨率高,响应速度快,使用方便,但是PSD本身是模拟器件,受环境等因素影响较大。本文根据测量汽车的前束值和推进角的基本原理,设计了PSD的前置放大电路,根据PSD器件本身存在的问题,对电路设计进行了改进。实验证明,采用PSI）设计的电路测量汽车的前束值和推进角有较高的测量精度和准确度。     

TDI CCD相机大姿态角推扫成像行频精确匹配

针对大视场TDI CCD相机大姿态角推扫成像过程中像面上像点像速差异较大,行频匹配精度不高引起的相机传函下降等问题,提出一种可支持粗调和精调的高精度行频匹配方法。首先,阐述了大视场遥感相机像速场的主要特点及像速匹配的关键问题;其次,深入分析了大视场TDI CCD相机大角度侧摆和前后摆推扫成像的像速场特性;然后,根据像速场特性制定同速匹配模式和异速匹配模式,分析传函特性,确定各自模式的使用条件;最后,提出了一种可支持粗调和精调的高精度行频匹配方法,并分析已实现行频匹配方法的精度,最终满足给定行频匹配精度要求。实验结果表明：在积分级数为96级,粗调方法使行频精度达到0．999425,精调方法使行频精度达到0．999928,2种方法均能使相机传函MTF优于0．998,从而实现大视场TDI CCD相机在各种大姿态角推扫成像条件下高质量成像。     

高精度管线测量机器人多传感器集成方法

针对现有地下管道探测方法适用性差、易受环境干扰、测量精度低等问题,提出了一种基于管道测量小车,多传感器数据融合的高精度管线测量机器人集成方案。系统以管道测量小车为平台,FPGA为控制核心,挂载惯性测量单元、里程测算单元,通过实时测量管道小车的姿态信息,同时融合里程数据及起止位置坐标推算地下管道的埋深、走向等信息。测试结果表明,本系统的适用性好、抗干扰性强,实现了对地下管道三维航迹参数的实时测量,以及测量数据的同步传输和存储;数据解算达到了95 m横向重复性±40 mm,高程重复性优于±20 mm的高精度曲线测量指标。     

三色线阵CCD高速信号处理系统的优化设计

为提高线阵CCD测量系统的测量精度和抗干扰性能同时保证系统信号处理速度,总结并试验了几种常见的CCD信号处理方案,并提出对应优化设计。阐述了线阵CCD传感器、CCD驱动电路的工作原理,着重分析研究了CCD测量系统中的信号采样和处理过程。详述了CCD输出电压特性,分压电路、滞回比较电路工作原理和MCU采样时序。试验结果表明,相比传统使用单比较器的方案,使用多滞回比较器的设计系统精度得到大幅提升,同时抗干扰性能也得到更好的保证。该设计已应用到印刷行业的纠偏控制器中。     

高性能光阻式颗粒计数仪的设计与实现

为了提高光阻式颗粒计数仪的测量准确性和长期稳定性,着重设计了传感器的前置放大器以及光源闭环调节系统,使传感器的输出电压稳定,体积小巧便于拆装,取样系统增加了流速稳定装置以及光电定体积检测,减少测量误差,整机的电磁兼容设计提高了仪器的信噪比。长期的实验结果表明,仪器的测量准确度优于5%,重复性小于3%,各项性能指标均符合行业标准。     

全数字伺服系统中电机转子初始定位的方法

使用增量式光电编码器测量电机位置的伺服系统中,在电机启动时,普遍存在无法准确测量出电机转轴初始位置的问题。电机的初始位置不仅影响伺服系统的定位精度,而且会对电机的启动性能造成一定的影响。提出了一种电机初始位置的确定方法,通过输出给定位置的定子电流矢量的方法,可以精确检测出电机初始位置。实验结果表明,使用该方法进行初始定位时,电机仅有微小的振动,并且电机在定位前后启动性能有较大的提高。     

TDI CCD检测设备

TDI CCD检测设备在整个空间TDI CCD相机的研制过程中做为重要的检测工具,其无故障的工作状态十分重要.但是由于目前TDI CCD检测设备采用的采集卡、PC结构的系统结构,其工作过分依赖货架软件及硬件产品.在若干年的空间相机研制过程中,货架产品的停产或消失,严重影响了设备的维护.对TDI CCD检测原理进行了详细的讨论,进而提出了一种嵌入式的检测设备.该设备的物理尺寸为320mm250mm100mm,采用电池供电,可以独立工作3h.不但可以同时检测多片TDICCD,而且还可以适应了80％的TDICCD相机研制检测环境,解决了使用过程中的维护难问题.     

一种基于PSD的转速测量新方法

转速测量方法如机械转速测量法、霍尔效应法等,其测量速度与动态测量范围有限。基于线阵CCD图像传感器实现的转速测量方法实时性受限,并易受振动、器件倾斜、亮条纹宽度等因素的影响。为了解决这些问题,提出了一种基于一维位置敏感器(position sensitive detector,PSD)的新型转速传感器。通过被测轴上的反射材料,将转轴的转速转变成光斑在PSD上的位置移动,利用PSD高速、高分辨率的特点,结合数字化的采集方案,实现了高、低大范围、非接触、高精度、实时性的转速测量,测量的最大转速达105r/s;当转速发生变化时,测量的波形能够在一个周期内进行调整,实时性可靠性高;实验在0~50 000 r/min内平均相对误差为0.079 1%,最大误差为0.168%,线性度优于1.1%,满足高精度测量的要求。     

虚拟测量仪器的校准方法

基于计算机的虚拟测量仪器比盒式测量仪器的成本要低,近年来应用普及很快。它与传统的盒式测量仪器一样,具有一个校准有效期,因而需要进行定期校准以确保测量精度,本文介绍对基于计算机的测量仪器进行内部和外部校准的方法。     

基于光流技术的MEMS器件平面微运动测量

为测量MEMS谐振器周期运动过程中各时刻不同相位的运动特性及其动态参数,提出利用光学测量方法,设计基于机器微视觉的MEMS动态分析仪.其实现机理是基于频闪成像原理获得MEMS谐振器一个周期内所需相位的清晰运动图像,结合光流技术对MEMS谐振器的运动序列图像做二维运动估计,从而得到其动态特性参数,为MEMS器件的设计提供重要参考.具有非接触性、测量精度高的特点.实验结果表明,该系统的测量重复性达7.1nm,能够很好地描述微谐振器的动态特性.