CN104469357B - 微振动对长焦距相机成像质量影响的测试系统 - Google Patents
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Abstract
微振动对相机成像质量影响的准确测量及评价系统，属于光学成像领域，动态信号采集仪与10个三向加速度传感器连接；图形工作站与相机成像电子学连接；反作用飞轮控制器通过线缆与Z向反作用飞轮、X向反作用飞轮及Y向反作用飞轮连接；Z、X及Y向反作用飞轮安装在相机主承力板上，长焦距相机安装在相机支架上，相机支架和长焦距平行光管水平放置在隔振气浮平台上，调整相机支架的侧摆与俯仰，使得长焦距相机与长焦距平行光管光轴重合，在长焦距平行光管的焦点处摆放好刀口靶标；10个三向加速度传感器分别粘接在X、Z及Y向反作用飞轮、相机主承力板、相机桁架和相机次镜安装架、相机支架、长焦距平行光管、刀口靶标和大型气浮隔振平台上。
Description
技术领域
本发明涉及可实现微振动对长焦距相机成像质量影响测试及评价的测试系统，属于光学成像领域。
背景技术
长焦距相机由于角分辨力高，可获取远处目标的清晰图像而广泛应用于地基、空基和天基平台中。但由于长焦距相机的瞬时视场小，对外界环境干扰敏感，尤其是安装平台上存在的运动部件、柔性部件在工作时会产生一些幅值微小、频率较高的微小振动通过安装平台传递到相机光学元件及相机结构上，造成在曝光或者积分时间内长焦距相机光轴的抖动，引起光学图像的模糊，降低相机的成像质量。目前，针对微振动对长焦距相机成像质量的影响，国内外的研究主要集中在系统集成仿真、微振动测试及隔离、图像复原等方面，但尚无开展系统级全链路的微振动测试及评价工作。
发明内容
本发明的目的在于建立微振动对相机成像质量影响的测试平台，真实测量和评价微振动对长焦距相机成像影响，为后续的减小微振动对长焦距相机成像质量影响提供数据，开展隔振技术研究提供基础。该系统可实时测量微振动及其对长焦距相机光学元件的影响，在线采集相机的成像图像，并计算相机光学系统的传递函数，测量微振动在相机结构中的传递，定量评价微振动对长焦距相机成像质量的影响。
本发明要解决的技术问题的技术方案是：
微振动对相机成像质量影响的准确测量及评价系统，其包括：
微振动对长焦距相机成像质量影响的测试系统，其特征是，
动态信号采集仪与10个三向加速度传感器连接，用于各个传感器获得的振动加速度的采集；
图形工作站与相机成像电子学通过LVDS接口进行连接，用于对长焦距相机的图像进行采集和计算分析；
反作用飞轮控制器与Z向反作用飞轮、X向反作用飞轮及Y向反作用飞轮连接，用于控制各个反作用飞轮的启动、不同速度旋转和停机；
Z向反作用飞轮、X向反作用飞轮和Y向反作用飞轮按照XYZ正交方向安装在相机主承力板上，长焦距相机安装在相机支架上，相机支架和长焦距平行光管水平放置在隔振气浮平台上，调整相机支架的侧摆与俯仰，使得长焦距相机与长焦距平行光管光轴重合，在长焦距平行光管的焦点处摆放好刀口靶标；
所述长焦距相机包含相机电子学、相机主承力板、相机桁架和相机次镜安装架，相机次镜安装架安装在相机桁架上，相机桁架安装在相机主承力板上，相机电子学也安装在相机主承力板上；
10个三向加速度传感器分别粘接在X向反作用飞轮、Z向反作用飞轮、Y向反作用飞轮、相机主承力板、相机桁架和相机次镜安装架、相机支架、长焦距平行光管、刀口靶标和大型气浮隔振平台上。
本发明的积极效果：该系统长焦距相机图像实时采集的同时对其微振动扰动进行实时测量，可根据获得的图像实时计算和评价相机的成像质量，分析微振动对相机各关键部位的影响，首次实现了相机成像过程中的微振动实时在线测量，为相机的优化和改进提供了重要的实验数据。利用该系统，还可现实对相机的微振动敏感性进行定量的测量和评价。
附图说明
图1是本发明的微振动对长焦距相机成像质量影响的测试系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，微振动对长焦距相机成像质量影响的测试系统，其中长焦距相机7为待测相机，其包含相机电子学7-1、相机主承力板7-2、相机桁架7-3和相机次镜安装架7-4，相机次镜安装架7-4安装在相机桁架7-3上，相机桁架7-3安装在相机主承力板7-2上，相机电子学7-1也安装在相机主承力板7-2上。长焦距平行光管9和刀口靶标10为模拟目标。Z向反作用飞轮4、X向反作用飞轮5和Y向反作用飞轮6按照XYZ三个正交方向(其中Z向代表长焦距相机7光轴方向，X向代表垂直大地方向，Y向代表与大地水平方向)安装在相机主承力板7-2上，为微振动模拟源。10个三向加速度传感器11-1～11-10分别粘接在X向反作用飞轮5、Z向反作用飞轮4、Y向反作用飞轮6、相机主承力板7-2、相机桁架7-3和相机次镜安装架7-4、相机支架8、长焦距平行光管9、刀口靶标10和大型气浮隔振平台12上，为设备及环境的微振动响应测量装置。动态信号采集仪1(型号INV3020C)通过线缆与10个三向加速度传感器连接，做为微振动的采集及显示设备。图形工作站2与相机成像电子学7-1通过LVDS接口进行连接，用于对长焦距相机7的图像进行采集和计算分析。
长焦距相机7通过长焦距平行光管9对刀口靶标10进行成像，并由图形工作站2对相机进行图像采集和MTF的计算。反作用飞轮控制器3通过线缆与各个反作用飞轮连接，其控制Z向反作用飞轮4、X向反作用飞轮5和Y向反作用飞轮6的加速、减速及不同速度下的稳定旋转，实现不同大小、不同方向的微振动模拟。动态信号采集仪1负责实时监测环境中长焦距平行光管9、刀口靶标10和隔振气浮平台12上的作为有无外界的干扰，实时监测Z向反作用飞轮4、X向反作用飞轮5和Y向反作用飞轮6不同转速下引起的微振动干扰，实时监测反作用飞轮引起的微振动在相机后端、中部和前端的传递和衰减情况。通过对比不同飞轮组合的不同转速影响下的相机MTF值和相机初始MTF值，其比值减1的绝对值即为微振动引起的相机传递函数下降影响。
开启动态信号采集仪1，实时监测X向反作用飞轮5、Z向反作用飞轮4、Y向反作用飞轮6、相机主承力板7-2、相机桁架7-3、相机次镜安装架7-4、相机支架8、长焦距平行光管9、刀口靶标10和大型气浮隔振平台12各处的振动加速度响应。相机电子学7-1上电，通过长焦距平行光管9(长焦距平行光管焦距是长焦距相机焦距的3～5倍)对刀口靶标10进行拍照成像，获得刀口靶标10的图像，并通过图形工作站2上安装的图像MTF测试软件对图像进行分析，获得该幅图像的MTF值，可进行多次测量取平均值作为无反作用飞轮扰动下的相机MTF0。
在动态信号采集仪1工作状态下启动X向反作用飞轮5，实时监视X向反作用飞轮5启动及达到额定转速(根据需要可任意设定额定转速，额定转速需小于X向反作用飞轮5的最大转速)的过程中X向反作用飞轮5自身的加速度和由其产生的微振动在相机各测量点处引起的加速度响应(相机上任意点的均可根据需要在相关位置粘接加速度传感器进行测量)，获得X向反作用飞轮5引起的微振动在相机上的传递及衰减情况，并将长焦距平行光管9、刀口靶标10和隔振气浮平台12上的加速度传感器数据与X向反作用飞轮5启动前的进行对比，如变化小于1％，则认为此次测量有效，如大于1％，则此次测量时可能有外部干扰，测量无效，重新测量。当X向反作用飞轮5达到额定转速并稳定后，相机电子学7-1上电并通过长焦距平行光管9对刀口靶标10进行拍照成像，获得刀口靶标10的图像，并通过图形工作站2上安装的图像MTF测试软件对图像进行分析，获得该幅图像的MTF值，可进行多次测量取平均值作为有X向反作用飞轮5扰动下的相机MTF。可进行多次测量取平均值作为有X向反作用飞轮5扰动下的相机MTFX。用1减去MTFX与MTF0的比值乘以百分之百即可获得X向反作用飞轮5引起的相机传递函数的下降影响。可根据此方法分别测试Z向反作用飞轮4和Y向反作用飞轮6单独转动时相机传递函数的下降影响。
依照上述方法，同时启动Z向反作用飞轮4、X向反作用飞轮5、Y向反作用飞轮6并稳定在额定转速，实时相机主承力板7-2、相机桁架7-3、相机次镜安装架7-4、长焦距平行光管9、刀口靶标10和隔振气浮平台12上各测量点的加速响应情况，并将长焦距平行光管9、刀口靶标10和隔振气浮平台12上的加速度传感器数据与Z向反作用飞轮4、X向反作用飞轮5、Y向反作用飞轮6启动前的进行对比，如变化小于1％，则认为此次测量有效，如大于1％，则此次测量时可能有外部干扰，测量无效，重新测量。当Z向反作用飞轮4、X向反作用飞轮5、Y向反作用飞轮6均达到额定转速并稳定时，相机电子学7-1上电并通过长焦距平行光管9对刀口靶标10进行拍照成像，获得刀口靶标的图像，并通过图形工作站2上安装的图像MTF测试软件对图像进行分析，获得该幅图像的MTF值，可进行多次测量取平均值作为有反作用飞轮扰动下的相机MTFXYZ。用1减去MTFXYZ与MTF0的比值乘以百分之百即可获Z向反作用飞轮4、X向反作用飞轮5、Y向反作用飞轮6同时扰动下的相机传递函数的下降影响。
按照上述方法，也可以对Z向反作用飞轮4、X向反作用飞轮5、Y向反作用飞轮6的启动情况进行排列组合，得到不同方向下的微振动扰动对相机传递函数的影响。还可以修改不同的额定转速，测量不同的微振动扰动量级(微振动的扰动量级与转速成正比)的对相机传递函数的影响。如需要知道更多的微振动数据，可按需求增加三向加速度传感器的数量。
Claims (1)
1.微振动对长焦距相机成像质量影响的测试系统，其特征是，
动态信号采集仪(1)与10个三向加速度传感器连接，用于各个传感器获得的振动加速度的采集；
图形工作站(2)与相机成像电子学(7-1)通过LVDS接口进行连接，用于对长焦距相机(7)的图像进行采集和计算分析；
反作用飞轮控制器(3)与Z向反作用飞轮(4)、X向反作用飞轮(5)及Y向反作用飞轮(6)连接，用于控制各个反作用飞轮的启动、不同速度旋转和停机；
Z向反作用飞轮(4)、X向反作用飞轮(5)和Y向反作用飞轮(6)按照XYZ正交方向安装在相机主承力板(7-2)上，长焦距相机(7)安装在相机支架(8)上，相机支架(8)和长焦距平行光管(9)水平放置在隔振气浮平台(12)上，调整相机支架(8)的侧摆与俯仰，使得长焦距相机(7)与长焦距平行光管(9)光轴重合，在长焦距平行光管(9)的焦点处摆放好刀口靶标(10)；
所述长焦距相机(7)包含相机电子学(7-1)、相机主承力板(7-2)、相机桁架(7-3)和相机次镜安装架(7-4)，相机次镜安装架(7-4)安装在相机桁架(7-3)上，相机桁架(7-3)安装在相机主承力板(7-2)上，相机电子学(7-1)也安装在相机主承力板(7-2)上；
10个三向加速度传感器分别粘接在X向反作用飞轮(5)、Z向反作用飞轮(4)、Y向反作用飞轮(6)、相机主承力板(7-2)、相机桁架(7-3)、相机次镜安装架(7-4)、相机支架(8)、长焦距平行光管(9)、刀口靶标(10)和大型气浮隔振平台(12)上；
长焦距相机(7)通过长焦距平行光管(9)对刀口靶标(10)进行成像，并由图形工作站(2)对相机进行图像采集和MTF的计算；
动态信号采集仪(1)负责实时监测环境中长焦距平行光管(9)、刀口靶标(10)和隔振气浮平台(12)上的作为有无外界的干扰，实时监测Z向反作用飞轮(4)、X向反作用飞轮(5)和Y向反作用飞轮(6)不同转速下引起的微振动干扰，实时监测反作用飞轮引起的微振动在相机后端、中部和前端的传递和衰减情况；通过对比不同飞轮组合的不同转速影响下的相机MTF值和相机初始MTF值，其比值减1的绝对值即为微振动引起的相机传递函数下降影响。
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