一种机载长焦距可见光系统的无热化设计

发布时间：2020-05-20 16:48

【摘要】：航空相机是一种安装在航空器上从空中获取地面信息的光学仪器,作为一种重要的用于航空摄影测量的关键设备,以光学拍照的方式获得清晰的图像信息。随着现代技术的发展,对航空相机的分辨率要求越来越高,航空相机的焦距也变得越来越长。随着相机分辨率和焦距的提升,相机的工作环境对相机成像质量的影响也越发严重。其中环境温度是影响航空相机成像质量的一个重要因素。因此研究温度变化对相机成像的影响,采用合适的无热化设计方法,减小温度变化对成像质量的影响,增强相机的温度适应性,是航空相机设计领域的一个重要研究课题。本文讨论了光学系统无热化设计的理论基础和发展现状,因温度变化对成像质量的影响展开了系统地研究。重点围绕如何提高光学系统的温度适应性问题,提出采用后截距匹配法来指导完成无热化设计。根据相机不同结构的不同特点,选择以折反射式结构中的R-C系统为基础进行设计,并介绍了折反射式光学系统的设计过程。将该相机的设计结果建立有限元模型,进行相应的温度分析,并对光学系统采取相应的优化措施。最后对该相机进行温度试验,验证仿真分析结果。本文主要研究内容总结如下:本文首先介绍了光学系统无热化设计的研究背景和意义,研究了光学系统的温度效应理论,分析了温度变化对光学系统各参数的影响,很好的解释了光学系统成像质量随温度变化的原因。随后对无热化技术进行了研究,介绍了三种传统的无热化技术。在此基础上提出了一种光机结合的无热化设计思路:后截距匹配。通过匹配光学系统的结构后截距与光学后截距来实现光学系统的无热化设计。随后介绍了可见光系统无热化设计的基本流程。通常是先设计在常温下满足成像要求的光学系统,再对光学系统进行温度分析,确定无热优化方案。在选择相机结构时,通过比较几种不同光学系统结构形式的优缺点,结合工程应用的实际情况,确定以折反射式结构中的R-C系统为基础进行设计。在进行温度分析时,为更符合实际工程应用,采用光机热集成分析的方法对光学系统进行分析。利用有限元软件建立有限元模型,分析不同温度条件下光学系统的成像质量,根据分析结果确定优化方案。并结合工程应用的实际情况以及以往经验,选择最佳设计。最后搭载试验平台,对光学系统进行温度试验,利用温度水平试验来验证模型的正确性,利用环境温度模拟试验来验证光学系统满足成像要求。
【图文】：

关技术在今天依然具有先进性[6]。童公司的 KA-112 相机[7]是一种摆扫成像的倾斜全景胶片式相机，系统1830mm，具有先进的热控技术、先进的自动检调焦和斜距调焦技术、能动调光和像移补偿技术，具有较高照相分辨率。其外形如图 1.1 所示。

图 1.2 KS-146 航空相机Figure 1.2 KS-146 airborne camera上世纪七十年代，美国贝尔实验室发布了电荷耦合器件(CCD：Chargeoupled Device)的成像原理[6]，航空相机的发展进入了一个崭新的阶段。虽然胶式航空相机的技术发展的很成熟，分辨率高，图像信息丰富，但是其胶片需要收然后冲洗之后才能获取拍摄信息的工作机制严重的制约了航空相机的工作率。而 CCD 相机因为采用数字图像处理技术，，图像的增强和压缩相对容易，以极快的速率传输获取的图像信息，大大增强了航空相机的工作效率，同时还免了回收风险。因此美英法等国相继开始研制 CCD 航空相机。在 CCD 相机发的初始阶段，航空相机主要以线阵 CCD 为成像介质，采用推扫或摆扫的成像式。其中英国 W.Vinten 公司生产的 8010、8040 系列航空相机和 BAE 公司的AEO(中空光电)航空相机为线阵可见光相机中的经典型号。线阵 CCD 航空相以推扫方式成像时，图像的清晰度易受到推扫角度变化的影响，容易出现几何
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB852

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本文编号：2672912