基于步进电机的红外镜头控制组件设计

镜头是热像仪的重要组成部件之一,镜头中镜片的切换、平移可实现红外热像仪视场的变换和调焦。本文首先根据步进电机的工作原理,通过分析步进电机的运动模型和驱动模型,计算了实际的驱动脉冲频率和驱动电流。据此设计了一种基于步进电机的红外镜头控制组件。实验数据和实际使用结果表明该控制组件不仅能够实现快速准确的视场切换和调焦,并且具有较好的环境适应性。     

双波段航空相机红外调焦机构的设计

为了补偿双波段航空相机在复杂环境下产生的离焦,设计了一套调焦机构。该调焦机构通过采用蜗轮蜗杆和 偏心凸轮的传动方式,将凸轮的旋转运动转化为调焦镜的直线运动,解决了离焦问题。该机构具有传动比大、运行平 稳,结构紧凑,抗振、抗冲击,可实现自锁以及模块化等优点。通过计算可知,该机构的调焦镜的位移 精度为0.0026mm,满足使用要求。仿真分析结果表明,该方法具有可行性。     

双视场手持热像仪红外望远镜系统技术研究及工程应用

针对手持热像仪较普通热像仪的特殊要求,设计了一种适用于手持热像仪长波双视场望远镜系统,该系统变倍比为2.5倍,采用ZOOMING型轴向移动变倍方式,采用一片透镜即可实现变倍、调焦及温度补偿功能。优化了系统光机电设计,符合手持热像仪高性能、高集成、小型化、轻量化的要求,并通过了工程实际应用及外场验证试验。     

国内外调焦机构研究综述及发展趋势

调焦是高能激光系统中发射聚焦装置的关键一环。调焦机构对系统的瞄准和打击精度有着重要作用。为了解调焦机构的研究现状和发展趋势,首先对国外各类研究成熟的调焦机构进行了介绍,并分析了其调焦控制的原理以及针对各类技术问题所提出的解决方案。对于国内研究情况,则着重介绍了凸轮、丝杠、蜗轮蜗杆和直接驱动四种形式的调焦机构。然后分析了其控制调焦的基本原理,并介绍了应用于不同系统的调焦机构的设计特点。通过分析各类型调焦机构的设计及控制,总结和对比了它们的优点与不足,提出了适用于高能激光系统的调焦机构设计思路及研究方向,为高能激光系统调焦机构研究打下了技术基础。     

高分辨率空间相机调焦机构设计与分析

空间遥感相机在轨运行时由于空间环境的变化,会产生不同程度的离焦。针对某高分辨率空间相机光学系统的特点以及焦深,设计了一套蜗轮蜗杆传动驱动偏心凸轮的调焦机构,详细分析了调焦机构的精度,分析结果表明:调焦机构的定位精度为0.0042 mm,焦平面组件的倾斜量为5.31?,满足光学系统的要求。最后,建立了工程分析模型,并对其进行了模态分析。结果表明:调焦机构的一阶模态为176.56 Hz,高于相机的基频,满足设计要求。因此,所设计的调焦机构能够保证高分辨率空间光学遥感器在复杂工况下的成像质量。     

经纬仪调焦机构设计

调焦机构是变焦距镜头中重要的组成部分,为了满足经纬仪测量中对变焦距镜头的要求,针对目前对变焦距镜头的调焦主要采用凸轮机构的变焦方式体积大、效率低、精度差缺点,本文提出了采用直线驱动的方式进行调焦的原理与方法,介绍了一种应用系统,主要由步进电机、直线导轨、直线位移传感器、DSP控制器等组成,由步进电机驱动,通过齿轮变速和精密丝杠速比变换机构,利用直线位移传感器作为检测元件,带动镜组前后移动来进行距离调焦和温度调焦,从而改变了传统的调焦机械结构。具体给出了测量系统的组成结构和实验结果,并进行了精度影响因素分析。实验结果表明,测量精度可保证在0.005mm内,满足经纬仪测量所需要的结构紧凑、位移精度好的要求。     

红外系统调焦组件的回程间隙对自动调焦的影响分析与算法优化

介绍了红外系统中自动调焦技术的基本原理,详细分析了调焦组件的机械回程间隙对传统自动调焦算法效果的影响。就此提出了不同优化方案并充分考虑了算法的适用性及稳定性。最后,通过设计实验验证了算法的可行性,实现了快速、稳定、精确的自动对焦,并将其应用于工程实践中。     

空间多光谱CCD相机调焦精度分析

调焦精度是保证多光谱CCD相机成像质量的关键技术之一,针对星载对地观测多光谱CCD相机大视场角、宽地面覆盖的离轴三返光学系统结构特点,设计实现了一种高精度调焦系统。首先以CCD多光谱相机感应谱段中最短波长计算出相机调焦需求精度10.00 m,根据多光谱CCD相机的光学系统特点,对比常用的传统航天相机的三种调焦方式,选择CCD焦平面调焦方式;然后提出采用以步进电机为动力源驱动高精度涡轮蜗杆副、齿轮副做旋转运动,通过超精密级滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动,并结合直线导轨约束运动形式,以14位绝对式编码器为位置检元件组成高精度调焦系统,经计算,调焦系统的理论灵敏度为0.12 m,该调焦系统具有结构简单紧凑、调焦灵敏度高的优点;最后通过实验测试,在2.2 mm调焦行程内实际调焦精度3.62 m（3）,调焦系统随相机经过力学环境实验、热真空环境实验后的复测调焦精度为3.64 m（3）。测试结果表明:所设计的调焦系统设计合理,结构可靠,调焦精度稳定性高,满足多光谱CCD相机成像清晰对调焦精度的要求。     

单幅图像估计离焦量的航空摄像机自动调焦系统

为了改进航空相机自动调焦的方法,解决传统对焦深度法自身不可避免的多峰值问题和实时性问题。本文提出一种新型自动调焦方法,建立了调焦模型,并通过实验装置验证了该方法,调焦时间相比传统方法短,实现了一次定位的调焦方法。首先,通过采集大量不同离焦程度的自然图像作为分析样本的总体,对总体中分类采样出小块样本进行运算分析,经过迭代运算获得所需模板;然后,在凸轮机构完成粗调焦以后采集当前图像,通过对当前图像采样,把采集的样本小块放入建立好的模板中计算,得到当前镜头的离焦量。最后,根据离焦量的结果,换算为调焦执行机构的位移量,驱动调焦电机移动相应位移完成调焦。实验结果表明:在目前实验条件下离焦量计算时间为0.4 s,较传统方法的4~8 s调焦时间有了大幅度提高。在保证调焦精度的前提下,实现了一种具有实时性的自动调焦方法。     

长焦面空间相机调焦机构分析与验证

为了补偿空间相机由于地面定标环境和在轨工作环境不同及发射时振动冲击引起的焦面离焦,保证空间相机在轨成像质量,设计了焦面调焦机构。首先,针对尺寸超长焦面,采用增设调焦内框来增加焦面基板刚度,通过蜗轮蜗杆传动驱动丝杠运动实现机构自锁。其次,利用有限元分析软件patran/nastran建立了调焦机构的有限元模型,用mpc模拟导轨连接,对调焦机构进行模态分析。最后,对调焦机构进行了力学试验验证和精度测试。试验及测试结果表明:设计的调焦机构动态刚度高,一阶计算模态为228.7Hz,而试验得到一阶模态为223.9Hz,两者相差2%;调焦灵敏度达0.25m,调焦精度达到6.3m,焦面基板两端同步误差达到4m,满足航天相机对调焦机构高分辨率、高精度、高可靠性的要求。     

一种红外热像仪扫描方法研究

对一种单元探测器热像仪的扫描方法进行了研究,单元热像仪的成像需要进行行扫描和帧扫描才能完成一幅图像。为了提高热像仪的灵敏度,探测器采用了液氮制冷的中波红外探测器件。文中介绍了热像仪的扫描原理和扫描方法,重点解决了帧扫描方法所用的凸轮机构及其驱动方式以及行扫描和帧扫描的同步问题。此方法在某型红外热像仪研制中成功得到了运用,扫描平稳,其温度分辨率达到了0.01°。其扫描方法可以应用到其它热像仪的设计。     

用于160×120元非制冷热像仪的红外连续变焦镜头

文中设计了一种用于非制冷焦平面热像仪的连续变焦镜头,并在此基础上编制了用于计算两组元连续变焦凸轮曲线的程序,该程序基于光学设计软件Code V的Macro语言,它可以直观描绘凸轮曲线的形状,为凸轮的设计与加工提供参考。     

热成像系统及医学热诊断技术

医学热诊断是热成像技术的重要应用领域之一,目前其应用条件逐步成熟,为了促进医学热诊断的应用,本文介绍了医学热诊断仪的基本原理及其主要技术性能指标。以及国内外一结医学热诊断的应用实例,并分析了当前限制医学热诊断技术应用的主要因素,展望了这一技术今后的发展前景。     

对某型红外热像仪可靠性增长的研究与改进

热像仪的可靠性水平会直接影响使用者任务成功率、维护成本及寿命周期,因此其可靠性设计工作越来越受到关注。同时,就目前国内热像仪研制情况而言,研制样机的可靠性并不能反映小批量生产产品的可靠性水平。因此,为充分反映研制样机的可靠性水平,本文主要研究了某型热像仪在研制过程中的可靠性增长方法,分析了红外热像仪的故障,建立了红外热像仪的任务可靠性模型,提出了相应的改进措施,并采用可靠性增长的办法来验证所提措施的有效性。本文所提改进措施满足装备试验鉴定要求,可实现热像仪的可靠性增长和批量产品可靠性不降低的目标。     

用红外热成像技术检测外墙空鼓时的影响因素分析

红外热成像技术在建筑工程领域具有十分广阔的应用前景。采用H2640型红外热像仪和NS9200 Report Generator分析软件对利用红外热成像技术检测外墙空鼓时的影响因素进行了归纳和分析。通过探讨天气、拍摄角度和图片分析软件对检测结果的影响,提出了拍摄红外图像的最佳时间,确定了最佳拍摄角度;对图片分析软件的误判因素和level＆span的范围标定等进行了分析,并提出了相应的处理措施。     

一种基于角点检测的实时自动对焦方法及实现

为了满足热像仪在不同场景下自动对焦的功能需求,对现有多种自动对焦实现方案的优劣势进行了评估分析,并选择了一种基于角点检测算法的对焦方案。通过检测图像中的角点数量来实时判断图像的清晰度。根据热像仪FPGA图像处理系统的性能对该算法进行了改进与优化,并提出了多阈值角点检测实时对焦方法。根据当前场景的对焦状态,热像仪可自主判断是否执行对焦操作,以适应不同检测场景的需求,最终实现其在不同场景下的实时自动对焦功能。     

基于红外热像技术的服装舒适性研究

根据热辐射理论和红外热像仪的测温原理,建立了基于红外热像技术的服装舒适性研究的测试平台,并用红外热像仪直接测量不同环境里的服装在穿着状态下表面温度场的分布。通过采集到的热图像来进行温度场分析和数据处理,直观判断出服装在真实穿着条件下衣内的实际温度变化情况,进而推出服装及服装面料的隔热性能。通过对紧贴皮肤部位的服装面料的最高温度来比较服装面料的热阻大小,从而判断整个服装隔热值的相对大小。分析了穿着实验的客观结果和主观评价结果,并得知三种实验服装中50／50大豆／棉服装的热湿舒适性能最好。红外热像技术测评方法在服装热舒适研究领域和实际应用中不失为一种行之有效的方法,是判断服装的热舒适性能的重要工具之一。     

变焦凸轮曲线的优化设计方法

变焦凸轮是变焦镜头中驱动各个镜组运动的关键部件,凸轮曲线的设计结果决定了变焦系统的运动性能、系统精度以及系统成像等方面的特性,因此,变焦凸轮的设计是变焦距镜头设计中重要环节之一,优良的凸轮性能是实现镜头光学设计像质目标和连续变焦过程的基本要求。为了设计出优良的曲线形态以确保凸轮具有较小的压力角,使变焦过程平滑稳定、运动流畅,既能有效减小变焦系统的驱动力矩,又可以确保变焦成像的稳定性。在凸轮设计过程中,分别构造凸轮变倍组和补偿组驱动力矩与各自压力角的函数表达式,再以它们的函数组合构造整体目标优化函数,优化计算变倍曲线压力角与补偿曲线压力角的最优值,优化计算结果表明,优化后凸轮等效驱动力矩显著减小,能够有效改善变焦凸轮的整体性能。     

基于匀速扫描黑体的热像仪非均匀性校正

热像仪非均匀性校正是热像仪应用的一个关键技术,常用的方法为基于黑体的热像仪非均匀性校正方法。多次成像法能解决基于黑体的方法受辐射源非均匀影响的问题,但该方法利用多幅热图的相对关系进行校正,在热图坐标下准确定位较为困难。本文基于多次成像法原理,提出了一种基于匀速扫描黑体的非均匀性校正方法,该方法结合了标定类和配准类基于场景的校正方法的优点,通过热像仪扫描读取黑体参考源,利用热像仪不同探测单元对黑体同一场景点响应的差异进行非均匀性评价。相比多次成像法,本文的方法更容易实现且具有更好的抗噪声能力。利用本文的方法对两个热像仪进行非均匀性校正,结果表明确实可以分离黑体非均匀性,但提高了对黑体辐射源和热像仪时间稳定性的要求。     

红外热像仪成像评估系统设计

红外热像仪在军民应用领域发展迅速。如何客观地评价红外热像仪成像效果,为红外热像仪成像性能提供定量的数学描述,同时也为研究红外成像系统的图像清晰度、目标探测距离和目标跟踪性能提供支撑依据,成为必须要解决的问题。本文提出的红外热像仪成像评估(质量评价)系统具有红外图像数据采集与处理功能,配合红外成像评估的靶标系统（由黑体、辐射靶标控制台、准直光学系统、数显精密转台组成）进行红外图像数据测试评估。设计了图像评估的主要性能指标,并提出了数学模型及其实现的步骤,其中包括图像不均匀性(Non-uniformity,NU)、信号传递函数(Signal Transfer Function, SiTF)、噪声等效温差（Noise Equivalent Temperature Difference, NETD）、角线性度（Angular Linearity, AL）、目标成像定位角误差（Target Imaging Positioning Angle Error, TIPAE）等主要评价技术指标。测试结果表明,该系统的性能非常优越,成为红外热像仪研制过程中必备的调试、测试设备。