【摘要】：航空相機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,對航空相機的分辨率要求越來越高,航空相機的焦距也變得越來越長。隨著相機分辨率和焦距的提升,相機的工作環(huán)境對相機成像質(zhì)量的影響也越發(fā)嚴重。其中環(huán)境溫度是影響航空相機成像質(zhì)量的一個重要因素。因此研究溫度變化對相機成像的影響,采用合適的無熱化設(shè)計方法,減小溫度變化對成像質(zhì)量的影響,增強相機的溫度適應(yīng)性,是航空相機設(shè)計領(lǐng)域的一個重要研究課題。本文討論了光學(xué)系統(tǒng)無熱化設(shè)計的理論基礎(chǔ)和發(fā)展現(xiàn)狀,因溫度變化對成像質(zhì)量的影響展開了系統(tǒng)地研究。重點圍繞如何提高光學(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。根據(jù)相機不同結(jié)構(gòu)的不同特點,選擇以折反射式結(jié)構(gòu)中的R-C系統(tǒng)為基礎(chǔ)進行設(shè)計,并介紹了折反射式光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計過程。將該相機的設(shè)計結(jié)果建立有限元模型,進行相應(yīng)的溫度分析,并對光學(xué)系統(tǒng)采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。最后對該相機進行溫度試驗,驗證仿真分析結(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。隨后對無熱化技術(shù)進行了研究,介紹了三種傳統(tǒng)的無熱化技術(shù)。在此基礎(chǔ)上提出了一種光機結(jié)合的無熱化設(shè)計思路: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)后截距來實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的無熱化設(shè)計。隨后介紹了可見光系統(tǒng)無熱化設(shè)計的基本流程。通常是先設(shè)計在常溫下滿足成像要求的光學(xué)系統(tǒng),再對光學(xué)系統(tǒng)進行溫度分析,確定無熱優(yōu)化方案。在選擇相機結(jié)構(gòu)時,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,結(jié)合工程應(yīng)用的實際情況,確定以折反射式結(jié)構(gòu)中的R-C系統(tǒng)為基礎(chǔ)進行設(shè)計。在進行溫度分析時,為更符合實際工程應(yīng)用,采用光機熱集成分析的方法對光學(xué)系統(tǒng)進行分析。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)用的實際情況以及以往經(jīng)驗,選擇最佳設(shè)計。最后搭載試驗平臺,對光學(xué)系統(tǒng)進行溫度試驗,利用溫度水平試驗來驗證模型的正確性,利用環(huán)境溫度模擬試驗來驗證光學(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性[6]。童公司的 KA-112 相機[7]是一種擺掃成像的傾斜全景膠片式相機，系統(tǒng)1830mm，具有先進的熱控技術(shù)、先進的自動檢調(diào)焦和斜距調(diào)焦技術(shù)、能動調(diào)光和像移補償技術(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Figure 1.2 KS-146 airborne camera上世紀七十年代，美國貝爾實驗室發(fā)布了電荷耦合器件(CCD：Chargeoupled Device)的成像原理[6]，航空相機的發(fā)展進入了一個嶄新的階段。雖然膠式航空相機的技術(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制嚴重的制約了航空相機的工作率。而 CCD 相機因為采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，，圖像的增強和壓縮相對容易，以極快的速率傳輸獲取的圖像信息，大大增強了航空相機的工作效率，同時還免了回收風(fēng)險。因此美英法等國相繼開始研制 CCD 航空相機。在 CCD 相機發(fā)的初始階段，航空相機主要以線陣 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 系列航空相機和 BAE 公司的AEO(中空光電)航空相機為線陣可見光相機中的經(jīng)典型號。線陣 CCD 航空相以推掃方式成像時，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)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB852

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本文編號：2672912