离轴三反测绘相机调焦机构的设计

针对测绘相机对相机成像质量和内方位元素稳定性的要求,在分析3种调焦方式特点的基础上,确定了符合离轴三反测绘相机需要的调焦方式。设计了滚珠丝杠驱动的直线导轨式调焦机构,计算得到调焦机构的灵敏度为0.2μm。对该调焦机构进行了精度检测和试验验证,结果显示其指向精度〈2″,定位精度〈3μm。得到的结果表明：该空间调焦机构具有结构紧凑、刚度高、位移精度好等特点,能够满足离轴三反测绘相机的调焦要求。     

三线阵立体测绘相机光学系统的调焦分析

针对三线阵立体测绘相机CCD成像靶面偏离最佳像面位置,影响成像质量的问题,根据光学系统的设计参量,计算测绘相机的调焦准确度,分析像方远心光路对测绘相机调焦准确度及调焦对测绘准确度的影响.结果表明,光学系统的调焦范围为±2mm;当采用像方远心光路,在允许离焦的范围内进行调焦时,产生的投影畸变可忽略不计.调焦后光学系统的成像质量、畸变要求满足高测绘准确度要求.     

空间相机调焦机构的设计与分析

设计了一种用于空间相机的调焦机构,该机构采用步进电机带动的精密步进谐波传动。波发生器由椭圆凸轮与套在其上的柔性轴承组成,输出端连接滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动,带动调焦镜沿直线导轨往复运动,其中输出刚轮与绝对式编码器相连,检测调焦移动位移。该机构具有传动比大、精度高、结构紧凑、效率高、运转平稳等特点。针对该机构在空间相机的实际应用,推导出了调焦机构位移与焦面移动的位置关系,并对该调焦机构进行了误差分析,用闭环控制的方式对其精度进行了检测。试验数据表明,该调焦机构传动比为1：70,重复定位精度为2μm,满足空间相机使用要求。     

微粒子观测相机调焦机构设计

为满足微粒子观测相机对光学系统的要求,提出了一种基于滚珠丝杆驱动的传动式调焦机构,介绍了其独特的直线运动结构形式。针对调焦机构承受的静载荷工况和温度工况,用有限元模拟法仿真分析了它的应力和变形情况,得到的最大静力变形为0.001 mm,最大热变形为0.002 mm。通过分析该结构各个传动件误差及装配误差,给出了结构总的理论相对误差值为2.2%。在样机的装调检测中实现了步进分辨率为0.005 mm,平均空回误差步距角为0.2个,完全可以满足整机对调焦机构的要求。     

调焦调平探测光斑位置误差对测量准确度影响的研究

调焦调平测量系统(FLMS),实时测量硅片曝光视场区域与投影物镜焦面的相对位姿,其测量准确度影响光刻机曝光成像质量。调焦调平测量采用大入射角将3个以上的探测光斑投影到硅片曝光视场区域实现对硅片高度和倾斜的测量。如果光斑位置存在误差,就会引起硅片测量准确度误差,进而造成硅片曝光视场区域离焦,影响曝光成像质量。根据调焦调平单点几何测量模型,建立了光斑位置误差模型。研究结果表明,调焦调平单光斑的测量高度误差与光斑水平位置误差成正比,经调整调焦调平的零平面与焦面近似平行,并精确校准光斑水平位置误差到0.05 mm,其造成的测量误差最大为10 nm。     

空间相机调焦机构同步性精度分析

调焦机构是空间相机获得良好成像质量的重要保障。由于调焦机构焦平面两端的同步性误差不可避免,会对成像质量造成影响,因此对双凸轮和丝杠螺母调焦机构同步性误差进行了分析。介绍了两种调焦机构工作原理;分析了两种调焦机构同步性误差的来源并对其同步性误差进行了计算;对两种调焦机构的同步性进行了测试验证。两种调焦机构采用统计法和蒙特卡罗法计算同步性误差,验证结果与之相符。满足调焦机构同步性误差的最大允许值±20μm,完全满足现阶段使用要求。     

空间相机调焦机构运动同步性误差分析

研究了空间相机调焦机构的运动同步性误差对成像质量的影响。针对某型空间相机的大尺寸焦面调焦机构,分析了运动同步性误差产生的原因。按照其光学系统参数计算得出当系统光学传递函数下降不超过5％时,调焦机构运动同步性误差的最大允许值为0.02 mm。针对其采用的调焦机构,推导出运动同步性误差计算公式,并计算得到该调焦机构的最大运动同步性误差为0.015 mm。最后,对该调焦机构进行了实际测试。测试结果显示,该调焦机构的运动同步性误差在振动实验前后分别为0.012和0.013 mm,表明该机构的运行非常稳定。理论分析以及实验结果证明了该调焦机构完全满足应用要求。     

信噪比对航空相机调焦精度的影响

图像法进行航空相机调焦过程中,图像噪声的影响会使得调焦精度降低.然而对于图像信噪比和调焦精度两者之间关系的研究主要是基于实验结果和主观判断,没有通用性的理论和确切的结论。从理论上分析并给出两者之间确切的关系表达式,并通过实验验证了调焦精度和图像信噪比之间呈正相关的关系,图像的信噪比越高,调焦精度越高。以评价函数的方差值作为衡量调焦精度的标准,理论上计算了图像的信噪比对评价函数的期望和方差的影响,提出信噪比越高的图像中噪声越少,评价函数的方差值越小,调焦越准确。设计实验记录不同信噪比下,应用同样的调焦方法,得到的图像评价函数方差的变化规律,实验结果显示当图像的信噪比由27dB升高到39dB时,评价函数方差由0.262降低为0.0611,相当于调焦精度提高了约30%,证明了理论分析的正确性。     

功率谱在高分辨率遥感相机检调焦中的应用

检调焦是高分辨力遥感相机得到高质量图像的关键技术之一。线阵CCD遥感相机在推扫过程中地面景物不断变化,而一般的图像清晰度评价函数只能在相同的图像内容下作比较来判断系统是否合焦。在介绍了遥感相机离焦原因及常用检调焦方法的基础上,用遥感图像验证了图像的功率谱对自然景物具有一定的不变性,分析了将其用于相机检调焦的可行性。实验表明,在系统合焦时,不同图像的功率谱值基本相同;而系统离焦时,功率谱值随着离焦程度的增加而逐渐减小,以此提出了以两幅不同图像功率谱的比值作为CCD遥感相机调焦的评价函数。     

可诱导人眼自动调焦的眼底相机光学系统设计

基于自适应光学设计了一款可诱导人眼自动调焦的眼底相机,包括视度调节系统、照明系统和自适应成像系统。在视度调节系统中,通过设置视标诱导人眼自动调焦,校正人眼初级像差,将人眼残余像差控制在自适应成像系统的校正范围内。在照明系统中,采用轴锥镜组产生环形光照明人眼,消除人眼角膜的强反射光,通过调节轴锥镜之间的距离使环形光束内径连续变化以适应不同的人眼。在自适应成像系统中,使用哈特曼-夏克波前传感器作为波前探测器,使用变形镜作为波前校正器,校正人眼的高阶像差。仿真结果表明,眼底照明均匀度可达95%,自适应成像系统在截止频率76lp/mm处,各视场调制传递函数(MTF)值均大于0.36。系统畸变小于1%,能够对在-6 D~+8 D(D表示屈光度数)之间的人眼眼底清晰成像。     

一种单目运动像机对点状运动物体的三维定位方法

针对单目运动像机无法确定点状运动物体三维位置的难题,提出了一种求解点状运动物体三维位置的方法,利用直线在其法平面上的投影为点这个特性,将各时刻像机光心与物体位置的连线(以下称观察视线)投影到以运动物体轨迹为法线的平面上,通过迭代使其投影线交于一点,交点对应的直线就是物体的运动轨迹,仅需要取大于等于5个时刻的数据就可以确...     

三线阵测绘相机光学系统的杂光分析与计算

针对光学系统的杂光导致三线阵测绘相机成像质量下降的问题,根据光学系统的设计结果,对相机入口处的杂光能量、像面杂光辐照度、杂光系数等进行了分析与计算,提出了合理的杂光抑制措施。利用ThermalDesktop软件和Light—Tools软件,对三线阵立体测绘相机各光学系统进行分析与模拟计算,得到其杂光系数均小于5％。最后进行了光学实验,并利用面源法测试了杂光系数。检测结果验证了杂光分析与研究方法的正确性以及杂光抑制措施的可行性。     

基于聚焦评价函数的自动调焦方法的研究

针对使用图像清晰度的聚焦评价函数来实现显微镜系统中的自动调焦,介绍了几种常用的图像清晰度聚焦评价函数,在自动倒置显微镜下进行大量的实验,分别利用这几种函数对采集到的图像进行评价分析。研究结果表明,在显微镜系统下利用基于梯度类图像清晰度评价函数拉普拉斯(Laplacian)算子可以有效地抑止噪声干扰,并且单峰性、重复性和稳定性都比较良好,能实现快速高效的自动调焦。     

遥感相机自动检焦技术研究

将基于图像处理的自动检焦技术应用于线阵CCD推扫成像的空间遥感相机中。图像法检焦的关键在于对焦评价函数的选取。通常对焦评价函数是在摄影目标不变的情况下得出的,而推扫成像的线阵CCD相机在任意时刻所拍摄的景物都是不同的,这就给对焦评价函数的选取增加了难度。用功率谱的方法对任意景物在空间频域进行分析表明,功率谱对于自然景物具有一定的不变性。由此建立了基于功率谱的对焦评价函数,采用小波去噪与亮度归一化相结合的图像预处理技术有效地去除了图像噪声和亮度变化对对焦精度的影响。通过对功率谱评价函数进行加权处理,提高了对焦评价函数曲线的灵敏度。仿真实验表明了所构造的对焦评价函数是可行的。     

动摄像机和动目标跟踪模式下的目标检测新方法

动摄像机和动目标跟踪是图像分析中的一个难点。根据应用光学知识和坐标变换理论,提出了映射变换差分方法(mappingtransformationdifferentialmethod,MTDM)。该方法首先利用映射变换将动摄像机和动目标模式下的目标检测问题转化为技术比较成熟的静摄像机和动目标模式下的目标检测,然后利用图像差分方法检测出被跟踪目标。实验结果表明:MTDM方法在复杂天空背景下能有效地抑制背景噪声,能准确地检测出被跟踪目标。     

三线阵CCD立体测绘相机的集成装调

考虑几何精度对三线阵CCD立体测绘相机测绘精度的影响,研究了测绘相机组合体的装调方法以建立和保证相机的空间几何关系。首先,介绍了测绘相机组合体的结构和坐标系的定义;其次,提出了各基准立方镜和相机的装调要求;最后,确定了多相机集成装调流程,重点介绍了测绘相机的装调步骤。装调结果表明：各相机的光学传递函数〉0.2,畸变〈0.03%,测绘相机的空间几何关系满足要求,提出的集成装调技术有效地保证了测绘相机的空间几何关系。