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     

空间相机相关法实时检焦技术研究

自动检调焦技术是保证空间相机拍摄出高质量图像的重要技术手段，本文介绍了一种自准直法实时检焦系统。该系统用两块小口径五棱镜代替其他空间相机常用的大平面反射镜，用半导体激光器做光源，用CCD作为光电转换器件，通过测量两光斑在CCD上的移动量，从而计算出离焦量。本文采用相关法处理数据，并通过合理选取阈值和数据拟和技术，实现了亚像素测量精度。该系统具有结构紧凑，稳定性好等特点，实验结果表明检焦分辨率≤10μm。     

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。     

航空低温温度对自准直检焦系统的影响

为了研究航空低温温度对自准直检焦系统的影响,从而指导实际检焦系统的设计及修正,本文根据自准直检焦及几何光学原理,分析了单点成像、条纹成像及有无像散条件下,成像位置、成像宽度与接收的光强度差之间的相互关系,并给出了相关理论公式。结合实际的相机工况,对光学系统进行了相应的仿真,仿真结果显示,仿真双波峰电压值为1.4 V和0.47 V,与实际的检焦双波峰电压值1.38 V和0.56 V基本一致。根据结果进行了温控和柔性支撑,从而使检焦正常,提高了自准直检焦系统的温度适应性。本研究对系统的温度适应性具有指导作用。     

光电自准直仪

介绍单座标和双卒标振幅型、脉冲型、代码型光电自准直仪的原理图。在这些自准直仪中，被检褓角位置的变化会引起自准直仪的物镜焦面上分划象的间移动。给出提高自准直仪精度的各种方法以及其中某些自准直仪的技术特性。     

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Ronchi光栅Talbot效应的角度精确测量

提出了通过对Ronchi光栅的Talbot效应所产生的莫尔条纹周期的计量来测量小角度的方法。并在此基础上推导了角度的计算公式,分析了这种方法的测量精度。这种角度测量方法不需要转动部件且有速度快,精度高实时的特点。     

动载体光电平台视轴稳定精度的检测

提出一种动载体光电平台视轴稳定精度的检测方法.介绍了光学测量原理,讨论了光电平台视轴稳定精度检测系统的实施路线,并对该系统使用的自准直光学成像系统、高速数字CMOS相机和光斑检测算法进行了研究.由安装在光电平台照准架上的平面反射镜反映光电平台视轴指向角度的变化,用高速数字CMOS相机采集图像,并通过计算图像之间归一化的...     

基于光学自准直法的光波导阵列平行度测试

为了提高几何光波导的成像质量,提出了一种基于离轴自准直光路的光波导阵列平行度测试方法。根据阵列平面特征分析了以空间二维角度表征光波导中半透半反膜阵列平行度的误差评定模型,将几何光波导成像原理与自准直光路相结合,推算出了阵列平行度的数学关系式。然后,构建了光波导阵列平行度测量系统,系统中具有光源控制器可以控制输出光强,有效解决了因光波导中不同半透半反膜的光能利用率不同而影响测量的难题。利用Steger算法对自准直回像进行图像处理。最后,完成了标定和阵列平行度测试以及验证实验。实验结果表明,平行度测量系统的测量不确定度为1.14″,最大重复性误差为0.32″。该方法可以快速准确地测量几何光波导中的阵列平行度,对光波导阵列面的姿态修正以及成像质量的提高具有指导意义。     

航空红外相机的装调

分析了航空红外相机的结构特点,论证了装调该类相机的关键技术。提出一种针对单相机镜头的装调和验证方法。该方法基于经纬仪测试探测器的线阵方向和视轴方向对相机进行粗调,结合质心亚像元定位算法对相机进行精调。提出了基于大口径平行光管和高精度可控转台覆盖所有镜头完成一次性装调的方案,解决了多个视轴相机组视轴高精度一致性装调的问题。实验表明:提出的方法满足航空红外相机的高精度、小公差的装调要求。单相机视轴与光轴夹角、多角度各组相机之间的视轴夹角的实际装调精度达到0.052pixel,比常规方法单像元的装调精度提高近20倍。提出的方法为航空红外相机的高精度装调提供了一种精确可行的途径,并可应用于结构类似的航天遥感器的装调。     

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。     

法诺光栅的共振特性研究

针对亚波长光栅的共振特性,设计了一种基于法诺共振的亚波长光栅并研究了其共振特性。利用光学模拟软件FDTD Solutions对该光栅结构进行数值模拟,在可见光波段,对影响光栅性能的周期、折射率、占空比等光栅参数进行了研究,从而得到了一种共振强度高、谱线精细、共振峰位置可控的法诺共振谱线。该研究成果可用来研制1 nm精度的光谱滤波器。     

基于高频脉冲插值细分的角度传感器研究

提出了一种新结构的角度传感器,原理是通过对电光栅的机械角进行高频脉冲线性插值细分,简化了传感器的机械结构和难度,相对于普遍使用的高精度光栅角度传感器解决了在机械物理条件上细分角度这一难题。通过软件仿真和硬件实验测试对系统进行了验证,并通过实验对测量系统的误差进行了分析测试。仿真与实验表明:该角度传感器在理论上可达到很高的精度,具有很好的应用前景。     

基于棋盘光栅Ronchi检验法的微变液面测量

提出了基于棋盘光栅Ronchi检验法的微变表面形貌测量方法,可同时测量被测表面形貌两个正交方向的斜率,因而可通过一幅变形棋盘光栅图重构被测表面形貌。使用取微分极值的方法可简单有效地实现变形棋盘光栅图两个正交方向信息的分离和提取。根据所提出的测量方法和数据提取算法建立了微变表面形貌测量系统并对静态和动态表面形貌进行了测量。结果表明,所建立系统的分辨率＜0.1 μm,测量范围＞50 μm,符合有关研究中对微变液面的测量需求。     

时栅角位移传感器在线自标定系统

为解决时栅角位移传感器在实际应用中的在线标定问题,提出了一种定角平移自标定方法并设计了相应的自标定系统。该方法首先把圆周封闭的自然基准转换成定角基准,在时栅内部建立了自标定基准。然后,根据傅里叶级数的性质,将定角基准平移到傅里叶变换的幅值和相位中,建立了测量值之差与误差之差的函数关系。通过对测量值之差进行傅里叶分析,重构了时栅角位移传感器的误差函数。最后,讨论了影响自标定精度的误差来源,并设计了传感器的零点纠错算法。为了检验自标定效果,利用激光干涉仪实验装置与自标定系统进行了对比试验。结果表明:定角平移自标定精度为1.9″,与理论计算的自标定误差(1.5±0.5)″的结论相符。提出的自标定方法在解决时栅自身标定基准的同时,满足了精密测量领域对时栅精度和可靠性的要求。     

条纹扫描Ronchi检验法测量波像差

本文叙述了一种应用普通的Ronchi检验装置,通过微机控制的步进马达,驱动光栅分步扫描,引起Ronchi图的强度随时间作周期性变化,从而应用同步相位探测技术获得波面的位相分布的方法。文章给出了Ronchi图的分析和波差计算公式,描述了实验装置、计算机软件框图及实验结果。     

衍射光栅刻划机微定位系统控制器设计

针对衍射光栅刻划机开环控制的定位精度不能满足指标要求的问题,在刻划机已有的状态和结构下,设计了微定位系统的控制器。首先,介绍了衍射光栅刻划机,分析了微定位系统及其定位精度指标。然后,运用系统辨识的方法,设计了微定位系统的扫频实验,建立其数学模型。接着,提出了在已有数学模型的基础上,运用实际测量数据和MATLAB/Simulink软件仿真试凑来设计控制器的方法,并设计了满足精度指标要求的控制器。最后,将设计的控制器应用于微定位系统并进行模拟刻划实验,实验结果可知:所设计的微定位系统控制器定位精度基本满足指标要求,其中峰-峰值小于40 nm,RSM值总体略大于2.8 nm。