航空相机焦距CCD精密测量系统

    引 言

    航空相机用来获得地面图像信息,它的镜头是由若干透镜组成的。为准确获得高质量的侦察图像信息,必须保障相机的镜头焦距和实际成像面的位置符合技术要求。航空相机维修时,需要经常把镜头筒和机身分开,再组合起来,这样焦距的数值可能发生变化;实际成像面的位置也可能改变,不在理想焦面位置,使成像不清晰。因此,维修保障人员必须根据要求对相机镜头的焦面信息进行检测与校准,保证带有这种故障的相机不执行空中训练和作战任务,有效提高维修保障质量和效益。测量航空相机焦距的传统方法是借助于平行光管焦面上的刻线,依靠人眼用显微镜读数进行测量,这种方法效率低、费时费力,测量时人为因素影响较大,测量结构不稳定[1~3],且不能判断实际成像面的位置是否正确。在文献[4]中提及了一种焦面检测系统)))自准直检焦系统,在文献[5]中利用这种方法采用线阵CCD(Charge Coupled Devices)对长焦距、高分辨率空间相机的精密检调焦进行了研究。CCD摄像头近10年来发展很快,应用已深入到如工业测量、医疗、广播、汽车等[6]领域,但从没有用于航空相机焦距的测量。CCD摄像头的主要部件为一个CCD的电容耦合固体板,是实现光电转化及图象数字化的关键器件,由一些基本独立的光敏单元以阵列的方式组成。这些光敏单元受光照时能产生电子,电子的数量与光照强度成比例,每个单元经过一定时间的感光和电荷积累,形成电荷像[7]。

    笔者设计了一种利用面阵CCD摄像头测量、检测航空相机焦距系统的结构,给出了计算公式。通过对不同航空相机焦面信息的实际测量,建立了检测航空相机焦面信息的通用、精确的方法。

    1 原 理

    1.1 测量原理

    透镜的焦距测量一般采用成像法[8]。基本测量光路如图1所示。

    固定物y1放置在准直物镜的前焦面,成像于被测物镜的后焦面y2。利用几何关系,不难求出被测物镜焦距

    式中, f1是准直物镜的焦距。

    固定物是作为目标的玻罗板,其上的两条亮线宽度y1已知,而像高为

y2= s(nc2- nc1) (2)

    其中, s是被测物镜焦面放置的CCD光敏元尺寸; nc2, nc1是成像亮线中心在CCD上相应光敏源的序号。

    1.2 数据处理方法

    利用质心法对成像在CCD上的亮线中心进行精确定位[9]。对像在CCD上的响应信号I进行面积积分,积分区域取与截止响应信号Id=k(Imax-Imin)+Imin相对应点之间的区域。其中k是积分区域的调整系数,一般取为k[011,第n个光敏元的面积矩是In[(n+1)-n]n,相应面积是In[(n+1)-n],于是,相应像的强度中心落在CCD上的光敏元序数