【摘要】：航空相機(jī)是一種安裝在航空器上從空中獲取地面信息的光學(xué)儀器,作為一種重要的用于航空攝影測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備,以光學(xué)拍照的方式獲得清晰的圖像信息。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,對(duì)航空相機(jī)的分辨率要求越來越高,航空相機(jī)的焦距也變得越來越長。隨著相機(jī)分辨率和焦距的提升,相機(jī)的工作環(huán)境對(duì)相機(jī)成像質(zhì)量的影響也越發(fā)嚴(yán)重。其中環(huán)境溫度是影響航空相機(jī)成像質(zhì)量的一個(gè)重要因素。因此研究溫度變化對(duì)相機(jī)成像的影響,采用合適的無熱化設(shè)計(jì)方法,減小溫度變化對(duì)成像質(zhì)量的影響,增強(qiáng)相機(jī)的溫度適應(yīng)性,是航空相機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題。本文討論了光學(xué)系統(tǒng)無熱化設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和發(fā)展現(xiàn)狀,因溫度變化對(duì)成像質(zhì)量的影響展開了系統(tǒng)地研究。重點(diǎn)圍繞如何提高光學(xué)系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性問題,提出采用后截距匹配法來指導(dǎo)完成無熱化設(shè)計(jì)。根據(jù)相機(jī)不同結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn),選擇以折反射式結(jié)構(gòu)中的R-C系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì),并介紹了折反射式光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。將該相機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)果建立有限元模型,進(jìn)行相應(yīng)的溫度分析,并對(duì)光學(xué)系統(tǒng)采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。最后對(duì)該相機(jī)進(jìn)行溫度試驗(yàn),驗(yàn)證仿真分析結(jié)果。本文主要研究內(nèi)容總結(jié)如下:本文首先介紹了光學(xué)系統(tǒng)無熱化設(shè)計(jì)的研究背景和意義,研究了光學(xué)系統(tǒng)的溫度效應(yīng)理論,分析了溫度變化對(duì)光學(xué)系統(tǒng)各參數(shù)的影響,很好的解釋了光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量隨溫度變化的原因。隨后對(duì)無熱化技術(shù)進(jìn)行了研究,介紹了三種傳統(tǒng)的無熱化技術(shù)。在此基礎(chǔ)上提出了一種光機(jī)結(jié)合的無熱化設(shè)計(jì)思路:后截距匹配。通過匹配光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)后截距與光學(xué)后截距來實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的無熱化設(shè)計(jì)。隨后介紹了可見光系統(tǒng)無熱化設(shè)計(jì)的基本流程。通常是先設(shè)計(jì)在常溫下滿足成像要求的光學(xué)系統(tǒng),再對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行溫度分析,確定無熱優(yōu)化方案。在選擇相機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí),通過比較幾種不同光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合工程應(yīng)用的實(shí)際情況,確定以折反射式結(jié)構(gòu)中的R-C系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行溫度分析時(shí),為更符合實(shí)際工程應(yīng)用,采用光機(jī)熱集成分析的方法對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析。利用有限元軟件建立有限元模型,分析不同溫度條件下光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量,根據(jù)分析結(jié)果確定優(yōu)化方案。并結(jié)合工程應(yīng)用的實(shí)際情況以及以往經(jīng)驗(yàn),選擇最佳設(shè)計(jì)。最后搭載試驗(yàn)平臺(tái),對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行溫度試驗(yàn),利用溫度水平試驗(yàn)來驗(yàn)證模型的正確性,利用環(huán)境溫度模擬試驗(yàn)來驗(yàn)證光學(xué)系統(tǒng)滿足成像要求。
【圖文】：

關(guān)技術(shù)在今天依然具有先進(jìn)性[6]。童公司的 KA-112 相機(jī)[7]是一種擺掃成像的傾斜全景膠片式相機(jī)，系統(tǒng)1830mm，具有先進(jìn)的熱控技術(shù)、先進(jìn)的自動(dòng)檢調(diào)焦和斜距調(diào)焦技術(shù)、能動(dòng)調(diào)光和像移補(bǔ)償技術(shù)，具有較高照相分辨率。其外形如圖 1.1 所示。

圖 1.2 KS-146 航空相機(jī)Figure 1.2 KS-146 airborne camera上世紀(jì)七十年代，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了電荷耦合器件(CCD：Chargeoupled Device)的成像原理[6]，航空相機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。雖然膠式航空相機(jī)的技術(shù)發(fā)展的很成熟，分辨率高，圖像信息豐富，但是其膠片需要收然后沖洗之后才能獲取拍攝信息的工作機(jī)制嚴(yán)重的制約了航空相機(jī)的工作率。而 CCD 相機(jī)因?yàn)椴捎脭?shù)字圖像處理技術(shù)，，圖像的增強(qiáng)和壓縮相對(duì)容易，以極快的速率傳輸獲取的圖像信息，大大增強(qiáng)了航空相機(jī)的工作效率，同時(shí)還免了回收風(fēng)險(xiǎn)。因此美英法等國相繼開始研制 CCD 航空相機(jī)。在 CCD 相機(jī)發(fā)的初始階段，航空相機(jī)主要以線陣 CCD 為成像介質(zhì)，采用推掃或擺掃的成像式。其中英國 W.Vinten 公司生產(chǎn)的 8010、8040 系列航空相機(jī)和 BAE 公司的AEO(中空光電)航空相機(jī)為線陣可見光相機(jī)中的經(jīng)典型號(hào)。線陣 CCD 航空相以推掃方式成像時(shí)，圖像的清晰度易受到推掃角度變化的影響，容易出現(xiàn)幾何
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB852

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本文編號(hào)：2672912