一种宽范围自动曝光控制系统的设计

    0 引言

    航空摄影机的自动曝光系统一般采用固定光圈(或快门曝光时间)值,快门曝光时间(或光圈)参数随外界景物的变化而改变的自动曝光模式[1]。由于曝光范围的大小是由光圈和快门曝光时间共同决定的,所以只变化一种参数(光圈或快门曝光时间)值的自动模式,其曝光控制范围窄,不能满足地面景物亮度变化大时航空摄影的需要[2]。新一代航空摄影机自动曝光控制系统的设计,采用光圈和快门曝光时间都可以变化的宽范围控制方式,其曝光范围大,满足了部队侦察摄影的要求。

    1 设计原理

    根据曝光参数方程加法系统APEX[3](AdditiveSystem of Photographic Exposure)表达式

BV+SV=EV=AV+TV(1)

    式中:BV为亮度值;SV为感光度值;EV为曝光值;AV为光圈值;TV为时间值。其中,BV=Log2(L/30K)2;SV=Log2(0.3S);AV=Log2F2;TV=Log2(1/t)。

    曝光值EV,不代表具体的某一曝光参数,它表示对于具体的外曝光参数L(景物平均亮度值)和S值(胶卷感光度)所对应的曝光值,它同样反映在给定的外曝光条件下要保证感光材料有合适的曝光量时内曝光参数F(光圈系数)和t(快门曝光时间)之间的关系。

    为适应宽的曝光范围,自动曝光系统采用快门曝光时间和光圈大小都可以进行调节的控制方式。快门曝光时间调节范围为1P150~1P1 200,光圈系数调节范围为5.6~16,但它们不是同时进行调节的,调节曲线如图1所示,在EV值为12~15时,光圈F5.6固定,快门曝光时间在1P150~1P1 200变化;EV值为15~18时,快门曝光时间1P1200固定,改由调节光圈孔径F5.6~16来满足宽范围曝光的要求。

    自动曝光控制系统由单片机、测量景物亮度的测光电路、胶卷感光度S和滤色镜系数C输入电路、步进电机驱动的光圈调节装置和快门曝光时间调节装置等组成[4]。原理如框图2所示。

    测光电路输出电压正比于被测地面景物的平均亮度L的对数值。胶卷感光度S和滤光镜系数C通过编码器预置其数字量[5]。8031运算和处理得到SV(感光度)+BV(亮度)的值,根据公式(1),计算出合适的光圈AV和曝光时间TV,由驱动器驱动步进电机,使光圈和快门被调节到能获得合适的曝光位置。

    2 硬件设计

    自动曝光控制系统的硬件设计如图3所示,以8031单片机作为整个系统的控制中枢。由于步进电机具有快速启停、精确步进以及能直接接收数字量等特点,所以在光圈和快门速度的定位中采用了步进电机,步进电机(36BF005)M4、M5为三相六拍运行方式,由相应的驱动器(DL-03F05M)控制,分别调节光圈和快门速度[6]。快门速度1P150(tmax)和1P1 200(tmin)位置分设光电开关(GK151)D51和D52,D51和D52分别为快门处在最长曝光时间和最短曝光时间位置的信号开关。光圈系数F5.6(Fmin)和F16(Fmax)位置也分设光电开关D45和D46,D45和D46分别为光圈孔径处在最大和最小位置的信号开关。