新型航空相机自动调焦系统的设计

    0 引言

    自动调焦技术应用在普通地面相机上是非常普遍的，主要是采用基于光电测试和图像处理的自动调焦方法［1］。但对长焦距、高分辨率航空相机来说，由于在空中进行摄影的工作环境比较恶劣，大气压力和温度的变化使像面位置发生变化，产生离焦，造成像面上影像模糊，分辨率降低，不考虑大气压力和温度影响的自动调焦技术无法获得满意的图像质量。过去使用的航空相机为获得高质量图像，采用将航空相机安装在密封舱以消除压力温度的影响; 由于密封舱对结构强度有要求，所以体积大，只能在特定飞机上安装使用，通用性差。目前航空相机采用的一种光电自准直调焦方收稿日期:2010 －05 －31 修回日期:2010 －07 －08作者简介: 许兆林( 1961 —) ，男，山东烟台人，硕士，教授，研究方向为航空相机成像技术。法［1 －4］，是在某一高度层摄影前，通过光电自准直检焦机构检测焦面位置，以消除大气压力和温度的影响。这种方法具有通用性好、控制精度高的特点，但是存在检焦时间长( 长达90 s) 且控制复杂的不足，不能满足部队航空侦察快速机动的要求。为此，提出了新型航空相机自动调焦系统根据实时采集的大气压力、温度和摄影斜距计算离焦量控制调焦的方法，简称数据采集与计算自动调焦法，以满足调焦速度快、精度高的要求。

    1 影响离焦量因素分析

    航空摄影时相机离焦的主要原因是大气压力、温度以及摄影斜距的变化。大气压力和温度的变化使空气的折射率、镜头玻璃的曲率半径、镜间间隔和镜箱长度等发生变化; 摄影斜距变化时，像距也不断变化; 以上变化导致成像面( CCD 面) 偏离焦面，产生离焦量Δf，如图 1 所示，离焦量使像点在 CCD 面上形成分散圈，造成影像模糊，分辨率下降。

    1． 1 大气压力的影响

    大气压力变化使空气折射率变化，造成镜头焦距改变，产生离焦量［3］为ΔfP= fng

( na－ 1) ( p － p0) /( ng－ 1) p0( 1)

    式中: f 为镜头焦距; p 为环境大气压力; p0为标准大气压力; na为空气折射率; ng为玻璃折射率。

    1． 2 温度影响

    温度变化，使镜头玻璃的曲率半径、镜间间隔和镜箱长度发生变化，产生温度离焦，温度变化产生的离焦量计算公式［3］为

ΔfT= ( fα － Φ) ΔΤ ( 2)

    式中: α 为镜箱膨胀系数; Φ 为温度变化 1 ℃的离焦系数; ΔΤ 为温度变化量。

    1． 3 摄影斜距的影响