CN108152012A - 反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明为反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法及装置。通过遮挡光路中任意反射镜反射区域，将正常成像光线与漏光有效区分开来，在待检测遥感器视场内/外平移积分球模拟光学遥感器视场内/外的光源变化，通过测试测遥感器的输出响应，确定光源的影响情况，从而判定待检测遥感器是否存在漏光现象，计算漏光角度，为完善消杂光光阑设计提供实测依据，保证空间光学遥感器在轨成像质量。

Description

反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法及装置

技术领域

本发明属于航天光学遥感技术领域，涉及一种反射式系统空间光学遥感器视场内/外漏光的检测方法及装置。

背景技术

反射式系统泛指依靠各反射镜镜面反射光线的光学系统，按各反射镜光轴是否重合又可分为反射式同轴系统和反射式离轴系统。

杂散光是光学系统中所有非正常传输的光的总称，产生于漏光、光学表面的残余反射和遥感器结构件内壁等非光学表面的残余反射以及光学表面质量问题等。漏光杂散光是指部分光线未按照所设定的光束限制，直接进入光学系统的情况。

一个典型的三反同轴系统，由于主反射镜中心存在通光孔，如果不加特殊光阑处理，就会有光不通过主次镜的反射直接进入焦面并形成漏光。典型的三反同轴光学系统一般设计以下杂散光抑制结构：

1、设置外遮光罩，遮挡大角度入射的光线，限制视场外光线进入；

2、设置次镜遮光罩，遮挡小角度入射的不经过主、次镜反射而经由中心孔到达后续系统的光线；

3、设置主镜消光锥，遮挡经由次镜遮光罩边缘，以一定张角入射的不经过主、次镜反射而经由中心孔到达后续系统的光线；

杂散光抑制结构的设计会增大光线的遮拦，遮拦比的增大会引起成像质量下降，因此杂散光抑制结构的设计余量通常很小，需要对漏光进行非常精确的分析；但是在实际遥感器装调过程中，为了像质的综合考量，各个反射镜的位置相对理论值不可避免的存在一定的偏离；同时，由于加工误差、安装误差等原因，使得杂散光抑制结构无法与理论设计保持完全一致。由于上述装调、加工误差的存在，导致实际光学遥感器可能存在漏光现象。另外杂散光抑制结构间的不匹配也会造成漏光，从而影响成像质量。

现有的漏光检查通常采用在视场外架设光源，移动光源并判读图像DN值增大的方法。当待检测遥感器漏光强度不大时，漏光造成的成像输出响应将被正常成像光线成像输出的响应DN值淹没，DN值变化不明显，容易误判。

同时由于视场内漏光和正常成像光线混在一起，直接判别图像DN值增大的方法判据设置十分困难，因此现有方法无法有效检测视场内漏光。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种反射式系统空间光学遥感器视场内/外漏光的检测方法及装置，可以实现反射式光学遥感器视场内/外漏光的定性检测，定量确定漏光角度，进而完善消杂光光阑，消除空间光学遥感器在轨飞行时漏光影响成像质量的隐患。

本发明的技术解决方案是：

反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法，步骤如下：

1)遮挡待检测遥感器光路中任意反射镜反射区域，点亮待检测遥感器入光口前的检测光源，开启待检测遥感器，获取待检测遥感器的原始成像输出响应；

2)在一定位置和范围内移动检测光源，实时检测待检测遥感器成像输出响应；

3)根据检测的输出响应结果确定漏光角度，完成漏光检测。

所述移动检测光源的一定位置位于待检测遥感器入光口前且与待检测遥感器光轴垂直的平面内。

所述步骤2)中检测待检测遥感器成像输出响应的具体方法为：

若检测光源移动全过程，待检测遥感器成像输出响应与原始成像输出响应相同，则判定遥感器无漏光现象；若检测光源移动到某一位置时，待检测遥感器成像输出响应与原始成像输出响应不同，则判定遥感器在该位置有漏光现象。

所述移动检测光源的一定范围为遍历遥感器视场内区域及视场外一定区域。

所述漏光角度的具体方法为：

其中：θ′为漏光角度，R′为发生漏光时检测光源所在位置的极径，所述极径为检测光源到待检测遥感器光轴与检测光源移动平面的交点的距离，r为待检测遥感器主镜通光口径的半径，L为检测光源到待检测遥感器主镜的距离。

所述视场外一定区域的面积大于两倍待检测遥感器有效视场。

反射式系统空间光学遥感器漏光检测装置，包括：积分球，遥感器支撑平台，遥感器地面检测系统和遥感器快视系统；

所述积分球用于提供检测光源，放置在待检测遥感器入光口前；

所述遥感器支撑平台用于安装固定待检测遥感器，使待检测遥感器光轴水平放置；

所述遥感器地面检测系统用于控制待检测遥感器成像，与待检测遥感器连接；

所述遥感器快视系统与待检测遥感器连接，用于获取待检测遥感器成像输出响应，判断待检测遥感器是否漏光，并确定漏光角度。

所述遥感器快视系统判断待检测遥感器是否漏光的具体方法为：

将积分球在一定位置和范围内移动，若遥感器快视系统采集到的待检测遥感器实时成像输出响应与原始成像输出响应相同，则判定待检测遥感器无漏光现象；

若积分球移动到某一位置时，遥感器快视系统采集到的待检测遥感器实时成像输出响应与原始成像输出响应不同，则判定待检测遥感器在该位置有漏光现象。

所述积分球在一定位置和范围内移动具体为：

所述积分球移动的一定位置位于待检测遥感器入光口前且与待检测遥感器光轴垂直的平面内；

所述一定范围应遍历遥感器视场内区域及视场外一定区域；

所述视场外一定区域的面积大于两倍待检测遥感器有效视场。

所述遥感器快视系统确定漏光角度的具体公式为：

其中：θ′为漏光角度，R′为发生漏光时积分球所在位置的极径，所述极径为积分球到待检测遥感器光轴与积分球移动平面的交点的距离，r为待检测遥感器主镜通光口径的半径，L为积分球到待检测遥感器主镜的距离。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)通过遮挡光路中任意反射镜反射区域，抑制正常成像光线，有效减小正常成像光线对漏光检测的影响；

2)通过在视场内/外移动积分球并读取成像响应输出，实现了对视场内/外漏光的成像模拟；

3)通过定量测量有漏光现象时的积分球位置，反算得到遥感器漏光角度，为完善消杂光光阑设计提供实测依据；

4)通过确定光学遥感器的有效视场和外视场，分别评判视场外杂光抑制元件和视场内杂光抑制元件的抑制效果；

5)本发明克服以往只能检测视场外杂光，且需要依靠经验值定性分析、判据不明确的弊端，实现了对视场内/外漏光的测试，所得数据易于判读；

6)本发明检测装置简单，仅遮挡待检测遥感器任意反射镜反射区即可实漏光与正常成像光线的剥离，工程实施性强，便于操作，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的装置示意图；

图2为遥感器漏光角度计算示意图。

具体实施方式

反射式系统空间光学遥感器漏光检测装置如图1所示，包括：积分球1，遥感器支撑平台3，遥感器地面检测系统4和遥感器快视系统5。

所述积分球1用于提供检测光源，放置在待检测遥感器2入光口前；遥感器支撑平台3用于安装固定待检测遥感器2，使待检测遥感器2光轴水平放置；所述遥感器地面检测系统4用于控制待检测遥感器2成像，与待检测遥感器2连接；所述遥感器快视系统5与待检测遥感器2连接，用于获取待检测遥感器2成像输出响应，判断待检测遥感器2是否漏光，并确定漏光角度。

使用反射式系统空间光学遥感器漏光检测装置进行检测的方法为：

1)遮挡待检测遥感器2光路中任意反射镜反射区域，点亮积分球1，使用遥感器地面检测系统4控制待检测遥感器2开始成像，使用遥感器快视系统5采集待检测遥感器2原始成像输出响应；

2)一定位置和范围内移动积分球1，使用遥感器快视系统5采集待检测遥感器2实时成像输出响应；

3)检测待检测遥感器2成像输出响应

若积分球1移动全过程，遥感器快视系统5采集到的待检测遥感器2实时成像输出响应与原始成像输出响应相同，则判定待检测遥感器2无漏光现象；若积分球1移动到某一位置时，遥感器快视系统5采集到的待检测遥感器2实时成像输出响应与原始成像输出响应不同，则判定待检测遥感器2在该位置有漏光现象；

4)根据漏光现象确定漏光角度，完成漏光检测。

记录待检测遥感器2有漏光现象时积分球1的空间位置，遥感器快视系统5根据积分球1的空间位置判定待检测遥感器2为视场内漏光还是视场外漏光，并确定漏光角度，完成漏光检测。

所述积分球1移动的一定位置位于待检测遥感器2入光口前且与待检测遥感器2光轴垂直的平面内；

所述一定范围应遍历遥感器视场内区域及视场外一定区域；

所述视场外一定区域的面积大于待检测遥感器2有效视场的两倍。

确定漏光角度的具体公式为：

其中：θ′为漏光角度，R′为发生漏光时积分球1所在位置的极径，所述极径为积分球1到待检测遥感器2光轴与积分球1移动平面的交点的距离，r为待检测遥感器2主镜通光口径的半径，L为积分球1到待检测遥感器2主镜的距离。

本实例待检测遥感器2为三反同轴系统空间光学遥感器。

本发明需要将待检测遥感器2架设固定在遥感器支撑平台3上，遮挡待检测遥感器2任意反射镜反射区域，将积分球1放置于遥感器视场内/外的不同角度，待检测遥感器2对不同视场进行成像，如图1所示。通过观察待检测遥感器2成像输出响应情况，确定是否存在漏光现象及漏光角度，具体步骤如下：

本实例采用遮挡待检测遥感器2主镜的方法。遮挡时需完全遮住主镜反射面并露出主镜中心光阑开口位置。本实例采用黑色无光纸遮挡主镜，在实际操作时包括但不限于此。利用积分球1作为模拟光源，将积分球1置于待检测遥感器2视场内/外，调整积分球1亮度，分别记录积分球1位于视场内/外时，遥感器快视系统5采集待检测遥感器2原始成像输出响应。在后续测试中，保持积分球1亮度不变、待检测遥感器2设置参数不变。

保持积分球1模拟光源距离待检测遥感器2水平位置L不变，在该平面内将积分球1在以待检测遥感器2相机中心视场为中心的L₀×L₀范围内移动，L₀×L₀范围应能包含待检测遥感器2视场内及视场外的一定区域。积分球1移动遍历该L₀×L₀范围，遥感器快视系统5读取实时成像输出响应，进行视场内、视场外漏光测试。上述视场外的一定区域应大于两倍的有效视场内范围。

如果遍历该区域发现系统成像输出响应稳定且与原始成像输出响应相近，则说明遥感器无漏光现象；如果当积分球1位于某一位置区域时有明显的输出响应，则可判定该区域有漏光现象。记录漏光区积分球1的位置坐标，计算漏光角度。由于成像光线已经被有效抑制，漏光响应表现的非常明显，具有极佳的可判读性。

区分待检测遥感器2的有效视场和外视场。如图2所示，具体计算公式如下；

其中：R为待检测遥感器2在积分球1放置处(L处)的有效视场半径，r为主镜通光口径的半径，L为积分球1到待检测遥感器2主镜距离，θ为待检测遥感器2设计视场角。

若漏光发生位置极坐标半径R′＞R，则判定漏光发生在视场外，应注意检查对应的抑制视场外杂光的消杂光元件；若漏光发生位置极坐标半径R′≤R，则判定漏光发生在视场内，应注意检查对应的抑制视场内杂光的消杂光元件；

按照测得的漏光区域在L平面相对待检测遥感器2中心视场的极坐标(以光轴与该平面交点为极点)，如下公式计算得到待检测遥感器2的漏光角度θ′，并按照该角度修正杂光仿真分析，完善消杂光光阑结构。

其中：θ′为漏光角度，R′为发生漏光时积分球1所在位置极径，所述极径为积分球1到待检测遥感器2光轴与积分球1移动平面的交点的距离，r为待检测遥感器2主镜通光口径的半径，L为积分球1到待检测遥感器2主镜的距离。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法，其特征在于步骤如下：

1)遮挡待检测遥感器(2)光路中任意反射镜反射区域，点亮待检测遥感器(2)入光口前的检测光源，开启待检测遥感器(2)，获取待检测遥感器(2)的原始成像输出响应；

2)在一定位置和范围内移动检测光源，实时检测待检测遥感器(2)成像输出响应；

3)根据检测的输出响应结果确定漏光角度，完成漏光检测。

2.根据权利要求1所述的反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法，其特征在于：所述移动检测光源的一定位置位于待检测遥感器(2)入光口前且与待检测遥感器(2)光轴垂直的平面内。

3.根据权利要求1所述的反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法，其特征在于：所述步骤2)中检测待检测遥感器(2)成像输出响应的具体方法为：

若检测光源移动全过程，待检测遥感器(2)成像输出响应与原始成像输出响应相同，则判定遥感器无漏光现象；若检测光源移动到某一位置时，待检测遥感器(2)成像输出响应与原始成像输出响应不同，则判定遥感器在该位置有漏光现象。

4.根据权利要求2所述的反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法，其特征在于：所述移动检测光源的一定范围应遍历遥感器视场内区域及视场外一定区域。

5.根据权利要求2所述的反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法，其特征在于：所述漏光角度的具体方法为：

其中：θ′为漏光角度，R′为发生漏光时检测光源所在位置的极径，所述极径为检测光源到待检测遥感器(2)光轴与检测光源移动平面的交点的距离，r为待检测遥感器(2)主镜通光口径的半径，L为检测光源到待检测遥感器(2)主镜的距离。

6.根据权利要求4所述的反射式系统空间光学遥感器漏光检测方法，其特征在于：所述视场外一定区域的面积大于待检测遥感器(2)有效视场的两倍。

7.反射式系统空间光学遥感器漏光检测装置，其特征在于包括：积分球(1)，遥感器支撑平台(3)，遥感器地面检测系统(4)和遥感器快视系统(5)；

所述积分球(1)用于提供检测光源，放置在待检测遥感器(2)入光口前；

所述遥感器支撑平台(3)用于安装固定待检测遥感器(2)，使待检测遥感器(2)光轴水平放置；

所述遥感器地面检测系统(4)用于控制待检测遥感器(2)成像，与待检测遥感器(2)连接；

所述遥感器快视系统(5)与待检测遥感器(2)连接，用于获取待检测遥感器(2)成像输出响应，判断待检测遥感器(2)是否漏光，并确定漏光角度。

8.根据权利要求7所述的反射式系统空间光学遥感器漏光检测装置，其特征在于：所述遥感器快视系统(5)判断待检测遥感器(2)是否漏光的具体方法为：

将积分球(1)在一定位置和范围内移动，若遥感器快视系统(5)采集到的待检测遥感器(2)实时成像输出响应与原始成像输出响应相同，则判定待检测遥感器(2)无漏光现象；

若积分球(1)移动到某一位置时，遥感器快视系统(5)采集到的待检测遥感器(2)实时成像输出响应与原始成像输出响应不同，则判定待检测遥感器(2)在该位置有漏光现象。

9.根据权利要求8所述的反射式系统空间光学遥感器漏光检测装置，其特征在于：所述积分球(1)在一定位置和范围内移动具体为：

所述积分球(1)移动的一定位置位于待检测遥感器(2)入光口前且与待检测遥感器(2)光轴垂直的平面内；

所述一定范围应遍历遥感器视场内区域及视场外一定区域；

所述视场外一定区域的面积大于待检测遥感器(2)有效视场的两倍。

10.根据权利要求7所述的反射式系统空间光学遥感器漏光检测装置，其特征在于：所述遥感器快视系统(5)确定漏光角度的具体公式为：

其中：θ′为漏光角度，R′为发生漏光时积分球(1)所在位置的极径，所述极径为积分球(1)到待检测遥感器(2)光轴与积分球(1)移动平面的交点的距离，r为待检测遥感器(2)主镜通光口径的半径，L为积分球(1)到待检测遥感器(2)主镜的距离。