基于CCD场输出模式下成像系统设计

采用SONY行间转移型面阵CCD ICX415AL作为传感器件,设计了一种新型的CCD成像系统,成像系统采用CCD信号专用芯片CXA1310AQ进行信号处理.使输出信号满足模拟信号PAL/CCIR标准,可以采用电视机或者配有视频卡的计算机作为显示终端.在介绍CCD ICX415AL的结构和特点的基础上,完成了时序电路和驱动电路的设计,CCD工作模式为场输出模式,可以理解为垂直方向的binning技术,并采用相关双采样(CDS)技术滤除了视频信号中的相关噪声,提高了系统的信噪比,整个系统采用现场可编辑门阵列作为核心器件,通过自上而下的模块设计.完成了CCD驱动时序,数据采集时序控制和视频信号简单处理.     

大口径离轴长条形反射镜的检测支撑机构

针对大口径离轴长条形反射镜光轴水平向检测的需要,设计了一套检测支撑结构。优化了结构参数,实现了由支撑结构引起的镜面面形误差最小化。通过比较长条形反射镜光轴水平向检测支撑的级联多点支撑结构,选择了结构简单、扩展性和调整性优良的两点单层固定支撑结构。利用集成仿真与优化方法,分析计算反射镜镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势,确定了最优支撑间隔。最后,利用干涉仪结合补偿器的检测方式,对不同支撑间隔工况下镜面面形进行检测,验证了仿真分析的可靠性。结果表明:在支撑间隔为564mm时,由检测支撑引起的镜面面形误差最小(RMS=8.26nm),干涉检测得到的镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势与仿真得到的趋势相符,仿真结果可靠性高。提出的方法可实施性好,可推广到其他大口径离轴长条形反射镜的设计和检测中,为离轴三反(TMA)相机的设计提供技术基础。     

空间反射镜轻量化结构的拓扑优化设计

为满足较高面形要求,实现空间反射镜的高度轻量化设计,在直径500 mm 圆反射镜的设计过程中引入拓扑优化方法.依据变密度法建立SIMP模型,在反射镜光轴方向重力的工况下,以结构整体柔度为设计约束,最小体积为设计目标,经过选代,得到了RMS值小于5nm,轻量化率达到75.83%的结构.在同等质量下,传统的三角形孔轻量化结构的RMS值为8.17nm,轻量化率为67.39%.并对优化后的结构与三角形轻量化结构在径向重力工况下进行了面形对比,计算结果满足设计要求.拓扑优化的轻量化方式在面形和轻量化率上都优于传统形式.     

基于退化模型的图像渐晕处理技术

针对反射镜拼接光学系统中的图像渐晕问题进行讨论,从几何光学角度分析了反射镜遮挡导致的部分光线无法在像面上成像出现的能量损失问题,对渐晕能量分布进行了定量分析。根据分析结果,提出了一种适合反射镜拼接渐晕的退化模型,采用最速下降法进行模型参数的求解,推导了Hesse矩阵的相关参数,较好地解决了不规则曲面拟合的问题,进而实现了拼接渐晕的处理。实验结果表明:文中方法能够有效地估计退化模型的相关参数,处理后图像的信噪比提高了至少15 dB,有效地去除了拼接带来的渐晕失真,且达到实时应用的要求,具有广泛的应用价值。     

基于特征提取的红外与可见光图像融合

为提高红外与可见光图像融合的效果,加快融合算法处理速度,提出了一种基于特征提取的图像融合算法。改进了数学形态学中的顶帽运算,用于提取源图像的特征图像及背景图像;设计融合规则,对特征图像及背景图像分别进行融合处理;最后重构得到融合图像。另外,对本文融合方法的参数选择进行了分析,并且设计了适用于背景图像融合的自适应加权融合规则。实验表明,该融合方法能有效获取源图像的特征信息,提供丰富的背景信息,运算速度快,易于硬件实现。     

低温反射镜组件结构设计与支撑特性分析

红外光机系统在低温环境工作能够抑制背景噪声提高探测灵敏度,也提高了反射镜组件结构设计难度。低温反射镜支撑结构设计主要问题是由反射镜与连接件热线胀系数不同导致的温度变化工况下的面形变化。对工作于240 K的?450 mm反射镜组件进行结构设计,反射镜材料为SiC,连接件材料为殷钢,采用背部中心单点支撑形式与三角形轻量化形式,并设计柔性连接件提高低温面形表现。对主要设计参数进行优化分析,得到各参数对面形的影响曲线。优化后,反射镜光轴方向重力面形为8.585 nm,径向重力面形3.710 nm,240 K低温面形5.086 nm,一阶模态277 Hz,轻量化率89.4%。     

负压吸附式环形气垫导轨的计算方法

根据负压吸附导轨的工作原理,利用流体力学的性质,系统地建立了导轨的承载能力和气膜厚度的数学模型,得出4个结构参数、气源气压与承载能力和气膜厚度的关系。最后通过实验证明了该导轨气膜厚度在1～3μm时,刚度稳定,最大变化量约为10%,且计算刚度与试验刚度的误差小于12%,能够适用于高精密器械的移动元件或承载元件。     

空间相机碳纤维框架的设计与优化

设计了一个应用于轻小型空间相机的碳纤维框架。根据光学系统中各光学元件的空间分布特点,通过比较选择结构性能和工艺性能优异的M40J碳纤维复合材料完成了相机框架的结构设计,并使用TC4预埋镶嵌的方法解决了碳纤维框架接口精度低的问题。对碳纤维框架进行区域划分,采用集成仿真与优化设计方法、遗传算法全局寻优与单纯型下山法局部寻优的组合优化策略对碳纤维框架各区域结构参数进行优化设计。经过优化,碳纤维框架包含TC4预埋件的总质量为15.6kg,仅占相机整机质量的18.4%,相机的一阶频率达104.8Hz。最后通过力学环境试验得到相机整机一阶频率为102Hz,与仿真结果相符,进一步验证了设计的合理性和正确性。文中提出的碳纤维框架方案对轻小型空间相机设计有一定的借鉴意义。文中所采用的优化方法可广泛应用于空间相机光机结构设计中,能大幅度提高设计效率,缩短研制周期。     

基于面阵CCD拼接的动态目标成像系统

采用面阵CCD作为光电成像元件,设计了一种用于动态目标跟踪的新型面阵CCD成像系统.利用分光棱镜的分光效应,将两片CCD分别放置在空间分离的两个像平面上,从而保证在目标分辨率不变的情况下使视场角增加一倍,满足了大视场搜索目标的要求.整个系统采用现场可编程门阵列(FPGA)作为核心控制器件,利用FPGA片上RAM实现两路图像的缓存与合成,合成图像输出延迟仅为32μs,满足实时跟踪的需要.依据系统辐射定标数据,通过变换增益和偏置实现CCD光电响应度的调整,消除了两幅图像拼接处的接缝.     

图像配准在TDICCD拼接焦面精度检测中的应用

大视场遥感相机需要进行TDICCD拼接,对拼接焦面的精度要求非常苛刻,必须进行精确的精度检测以确保良好的成像质量。检测拼接焦面精度时,选取TDICCD封装中几何结构简单明显的标志图形作为模板,采用图像配准的方法进行标志图形定位,提出了最优步进两步模板匹配算法实现图像配准,得到各片TDICCD的拼接误差数据,所有配准过程耗时不超过350 ms。图像配准方法采用统一的客观模板检测多片小像元TDICCD的拼接焦面,检测结果表明该方法可将每一片TDICCD像元的位置定位精度提高30.6%。图像配准拼接精度检测避免了常规检测方法通过人眼观测读取数据所引入的主观误差,取得的检测结果更为精确,同时精度检测过程不需要人工干预,提高了拼接精度检测工作的效率。