CN103278934B - 一种用于星载光学遥感器的焦面对接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于星载光学遥感器的焦面对接装置，包括二维调整支架、光源、调制轮盘、矩形分划板、平行光管，调制轮盘设置在光源与平行光管之间，矩形分划板设置在调制轮盘上，光源和调制轮盘设置在二维调整支架上。本发明用于星载光学遥感器焦面对接的装置及方法，它解决现有光学系统与图像传感器装配过程中，焦面对接装调过程复杂，并且不能准确测量星载光学遥感器像面位置的问题，能够高精度、高效率地实现焦面对接。

Description

一种用于星载光学遥感器的焦面对接装置及方法

技术领域

本发明涉及光学测试领域，尤其涉及一种用于星载光学遥感器的光学系统和图像传感器进行对接过程中使用的高精度、快速标定的装置及方法。

背景技术

星载光学遥感器主要由光学系统、图像传感器以及数字图像处理系统等组成。其任务的关键是获取和提供清晰完整的图像，而要想获得高清晰度的图像，在光学遥感器对目标成像时，目标必须准确地成像在图像传感器的靶面上。某些星载光学遥感器自身带有调焦机构，焦平面装配相对简单。但是大多数星载光学遥感器考虑到可靠性因素，尽量避免在系统中使用运动机构，因此星载光学遥感器出厂时，都要进行检测校准使图像传感器准确位于光学系统的最佳像面位置(通常称为焦面对接)，以达到最佳的成像效果。由于图像传感器的精确装配是保障光学遥感器精度的重要环节，装配精度要求较高，难度较大。如果纯粹依靠机械件的加工精度来保证安装精度的话，会造成较大的误差；如果依靠反复研磨焦面修切垫片尝试，最终可能会找到最佳的安装位置，但是频繁操作图像传感器组件装拆，容易导致器件损坏，并且周期漫长，耗费大量人力。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种用于星载光学遥感器焦面对接的装置及方法，它解决现有光学系统与图像传感器装配过程中，焦面对接装调过程复杂，并且不能准确测量星载光学遥感器像面位置的问题，能够高精度、高效率地实现焦面对接。

本发明的技术解决方案是：一种用于星载光学遥感器的焦面对接装置，其特征在于：包括二维调整支架、光源、调制轮盘、矩形分划板、平行光管，所述调制轮盘设置在光源与平行光管之间，所述矩形分划板设置在调制轮盘上，所述光源和调制轮盘设置在二维调整支架上。

上述焦面对接装置还包括移动组件，所述移动组件与二维调整支架对应设置在平行光管的另一侧。

上述焦面对接装置还包括控制二维调整支架、调制轮盘以及移动组件运动的控制采集计算机。

上述焦面对接装置还包括安装光学系统的专用工装，所述专用工装与移动组件配合使用。

上述移动组件是手动/电动精密移动平台或者手动/电动直线导轨。

上述调制轮盘是绕平行光管光轴旋转的轮盘，调制轮盘上装有矩形分划板、不同直径的星点板或鉴别率板。

上述光源是卤素灯、积分球。

上述矩形分划板是在一块不透光的玻璃板上刻划一组高对比度等宽的黑白线条，黑白线条宽度是根据系统参数平行光管焦距、被测光学系统焦距以及图像传感器像素尺寸确定的。

一种用于星载光学遥感器的焦面对接方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)在平行光管右侧依次摆放待装配的光学系统和图像传感器，光学系统固定在专用工装上，调整光学系统与平行光管同轴，图像传感器固定在精密移动平台上；

2)调节二维调整支架沿平行光管光轴方向移动，使平行光管模拟被测光学系统所需要的物距；

3)控制精密移动平台带动图像传感器运动，直至平行光管像面位置处的矩形分划板能清晰成像；

4)旋转调制轮盘角度，使得矩形分划板与图像探测器线阵方向平行，调节二维调整支架垂直平行光管光轴方向运动；

5)重复步骤3)和4)，并使用处理软件实时计算系统MTF值，直到MTF值最大为止，此时图像对比度最高，

MTF＝π(DNmax-DNmin)/4(DNmax+DNmin)

上述公式中DNmax和DNmin是图像探测器上输出的矩形分划板亮条纹和暗条纹对应的灰度值。

6)由精密移动平台给出图像传感器相对于光学系统安装基准的距离L；

7)按照步骤6)测量出的距离L加工图像传感器和光学系统间的连接垫圈，即可确定图像传感器所在的最佳像面位置。

上述步骤3)中矩形分划板是在一块不透光的玻璃板上刻划一组高对比度等宽的黑白线条，黑白线条宽度是根据系统参数平行光管焦距、被测光学系统焦距以及图像传感器像素尺寸确定的。

本发明具有以下优点：

1)根据系统传递函数达到最大值的判据，给出的正是实际需要的位置，对焦精度高；

2)对于待装配的光学系统和图像传感器本身没有任何损坏和危害(星载光学遥感器的图像传感器价值高、生产周期长)；

3)采用平行光管配合动态目标模拟器(二维调整支架、调制轮盘、矩形分划板)可以同时给出无穷远和有限距离目标，可对无穷远或有限物距条件下的星载光学遥感器实现焦面对接；

4)采用该装置，使星载光学遥感器焦面对接的工作效率大幅度提高，适用于批量化检验，节省了成本和时间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明矩形分划板示意图；

1-二维调整支架，2-光源，3-调制轮盘，4-矩形分划板，5-平行光管，6-光学系统，7-专用工装，8-图像传感器，9-精密移动平台，10-控制采集计算机，11-光学平台；

具体实施方式

参见图1，本发明用于星载光学遥感器的焦面对接装置，主要由二维调整支架1、光源2、调制轮盘3、矩形分划板4、平行光管5、专用工装7、精密移动平台9、控制采集计算机10、光学平台11组成。

调制轮盘3设置在光源2与平行光管5之间，矩形分划板4设置在调制轮盘3上，光源2和调制轮盘3设置在二维调整支架上。控制采集计算机10控制二维调整支架、调制轮盘以及移动组件运动。精密移动平台9的作用是带动图像传感器8直线运动，可以是手动或者电控的，也可以是其它形式的直线导轨，能够准确提供图像传感器与光学系统间的距离。平行光管5可以提供无穷远和有限距离的目标，可以是任何结构形式、任意光谱范围的平行光管；二维调整支架是为了支撑并方便调整调制轮盘3，只要能够带动调制轮盘3平行或垂直于平行光管光轴在空间两维方向运动即可；调制轮盘3是由控制采集计算机10控制的能够绕平行光管光轴旋转的圆盘，轮盘上装有矩形分划板，矩形分划板4是为了给待装配的光学遥感器提供成像目标，也可以是其它形状的分划板，比如星孔板、分辨力板等；光源2可以是卤素灯、积分球等一切能发光的物体，能够照亮矩形分划板即可，只是光源的亮度及光谱范围不同而已；控制采集计算机包括由处理软件，根据系统传递函数最高确定最佳像面的一种算法；光学平台11的作用是放置其他设备，便于调试测量，可以是任何平台、支架，只要能够稳定可靠的承载其他设备即可。

用于星载光学遥感器的焦面对接方法，具体的实现方式是：

1)在平行光管5右侧依次摆放待装配的光学系统6和图像传感器8，光学系统6固定在专用工装7上，调整光学系统6与平行光管5同轴，图像传感器8固定在精密移动平台9上；

2)调节二维调整支架1沿平行光管5光轴方向移动，使平行光管模拟被测光学系统所需要的物距；

3)控制精密移动平台9带动图像传感器8运动，直至平行光管5像面位置处的矩形分划板能清晰成像；矩形分划板是在一块不透光的玻璃板上刻划一组高对比度等宽的黑白线条，黑白线条宽度是根据系统参数(平行光管焦距、被测光学系统焦距以及图像传感器像素尺寸)确定的，矩形分划板示意图参见图2，

4)旋转调制轮盘4角度，使得矩形分划板与图像探测器线阵方向平行，调节二维调整支架垂直平行光管光轴方向运动；

5)重复步骤3)和4)，并使用处理软件实时计算系统MTF值，直到MTF值最大为止，此时图像对比度最高，

MTF＝π(DN_max-DN_min)/4(DN_max+DN_min)

上述公式中DN_max和DN_min是图像探测器上输出的矩形分划板亮条纹和暗条纹对应的灰度值。

6)由精密移动平台9给出图像传感器8相对于光学系统6安装基准的距离L；

7)按照上面测量出的距离L加工图像传感器8和光学系统6间的连接垫圈，即可确定图像传感器8所在的最佳像面位置。

Claims (9)

1.一种用于星载光学遥感器的焦面对接装置，其特征在于：包括二维调整支架、光源、调制轮盘、矩形分划板、平行光管，所述调制轮盘设置在光源与平行光管之间，所述矩形分划板设置在调制轮盘上，所述光源和调制轮盘设置在二维调整支架上。

2.根据权利要求1所述的用于星载光学遥感器的焦面对接装置，其特征在于：所述焦面对接装置还包括移动组件，所述移动组件设置在与二维调整支架对应的平行光管的另一侧。

3.根据权利要求2所述的用于星载光学遥感器的焦面对接装置，其特征在于：所述焦面对接装置还包括控制二维调整支架、调制轮盘以及移动组件运动的控制采集计算机。

4.根据权利要求3所述的用于星载光学遥感器的焦面对接装置，其特征在于：所述焦面对接装置还包括安装光学系统的专用工装，所述专用工装与移动组件配合使用。

5.根据权利要求4所述的用于星载光学遥感器的焦面对接装置，其特征在于：所述移动组件是手动/电动精密移动平台或者手动/电动直线导轨。

6.根据权利要求5所述的用于星载光学遥感器的焦面对接装置，其特征在于：所述调制轮盘是绕平行光管光轴旋转的轮盘，调制轮盘上装有矩形分划板、不同直径的星点板或鉴别率板。

7.根据权利要求6所述的用于星载光学遥感器焦面对接装置，其特征在于：所述光源是卤素灯、积分球。

8.根据权利要求3所述的用于星载光学遥感器焦面对接装置，其特征在于：所述矩形分划板是在一块透光的玻璃板上刻划一组高对比度等宽的黑白线条，黑白线条宽度是根据系统参数平行光管焦距、被测光学系统焦距以及图像传感器像素尺寸确定的。

9.一种用于星载光学遥感器的焦面对接方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)在平行光管右侧依次摆放待装配的光学系统和图像传感器，光学系统固定在专用工装上，调整光学系统与平行光管同轴，图像传感器固定在精密移动平台上；

2)调节二维调整支架沿平行光管光轴方向移动，使平行光管模拟被测光学系统所需要的物距；

3)控制精密移动平台带动图像传感器运动，直至平行光管像面位置处的矩形分划板能清晰成像；

4)旋转调制轮盘角度，使得矩形分划板与图像探测器线阵方向平行，调节二维调整支架垂直平行光管光轴方向运动；

5)重复步骤3)和4)，并使用处理软件实时计算系统MTF值，直到MTF值最大为止，此时图像对比度最高，

MTF＝π(DN_max-DN_min)/4(DN_max+DN_min)

上述公式中DN_max和DN_min是图像探测器上输出的矩形分划板亮条纹和暗条纹对应的灰度值；

6)由精密移动平台给出图像传感器相对于光学系统安装基准的距离L；

7)按照步骤6)测量出的距离L加工图像传感器和光学系统间的连接垫圈，即可确定图像传感器所在的最佳像面位置。