CN109151279A - 一种空间测绘相机焦面装调装置及方法 - Google Patents

一种空间测绘相机焦面装调装置及方法 Download PDF

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李重阳
吕宠
王春雨
赵希婷
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Abstract

本发明涉及一种空间测绘相机焦面装调装置及方法，尤其涉及一种计算机辅助空间测绘相机焦面快速装调方法，属于航天光学遥感器技术领域。本发明可显著提高空间测绘相机的焦面装调效率，能够快速准确的完成焦面装调，有利于批量化生产，有利于缩短产品的研制周期；本发明的方法中一次焦面垫片的修正即可完成相机系统集成，避免了以往空间测绘相机系统集成需要数次迭代情况的发生。

Description

一种空间测绘相机焦面装调装置及方法
技术领域
本发明涉及一种空间测绘相机焦面装调装置及方法，尤其涉及一种计算机辅助空间测绘相机焦面快速装调方法，属于航天光学遥感器技术领域。
背景技术
空间测绘相机是进行民用、军用地图绘制的重要技术装备，其成像质量及几何特性指标至关重要。高质量的成像能力和稳定的视轴夹角、内方位元素与畸变以及线阵平行性是空间测绘相机的必备条件。
空间测绘相机在完成镜头的光学装调后，需要将镜头组件与焦面组件进行系统集成，实现镜头与焦面组件的精准对接，确保相机各视场的离焦量及焦面组件的线阵水平满足技术要求。由于离轴反射式相机的优秀成像品质，越来越多的空间测绘相机采用这一光学系统设计形式。但该光学系统形式在进行焦面组件装调时各视场的离焦量与线阵水平会相互耦合，互相干扰，按照传统的方法需要反复的尝试，效率低下，需要探索更高效的方法来实现空间测绘相机焦面快速装调。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间测绘相机焦面装调装置及方法，该方法可实现空间测绘相机的焦面快速装调，同时满足各视场共焦及线阵水平的要求。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种空间测绘相机焦面装调装置，该装置包括分屏显示器、积分球、矩形靶标、平行光管和二维气浮转台；待测试的空间测绘相机中包括相机镜头、焦面组件和焦面垫片；焦面组件固定安装在相机镜头上，焦面组件和相机镜头之间通过焦面垫片进行相对位置及角度的调整；
矩形靶标位于平行光管的焦面位置；积分球固定安装在平行光管的进光口侧；待测试的空间测绘相机位于二维气浮转台上；
积分球发出平行光，平行光照射矩形靶标后，矩形靶标的像通过平行光管进入相机镜头，矩形靶标的像汇聚于焦面组件中的线阵CCD上，矩形靶标的像通过分屏显示器进行显示。
一种空间测绘相机焦面装调方法，该方法的步骤包括：
步骤S100：将相机镜头放置到二维气浮转台上，并调整相机镜头的位置，使相机镜头的光轴与平行光管的视轴平行，且平行光管的出射光能够覆盖相机镜头的全口径，平行光管的焦面位置安装矩形靶标；
步骤S200:将焦面组件固定安装在相机镜头上，且焦面组件和相机镜头之间有焦面垫片；焦面组件固定安装在相机镜头上时，焦面组件与大地水平；
与大地水平的测试方法为：利用电子经纬仪测量焦面组件中的线阵CCD的水平度，调整焦面垫片及焦面组件相对位置，使焦面组件中的线阵CCD水平度不超过3″；
步骤S300:建立步骤S200中焦面组件的三维模型，比如使用Pro/E软件建立；
步骤S400:测试步骤S200中焦面组件的离焦量；
步骤S500:将步骤S400得到的离焦量带入到步骤S300中的三维模型中，得到焦面垫片的修正量；
步骤S600:根据步骤S500得到的修正量修正焦面组件和相机镜头之间的焦面垫片；
步骤S700:测试步骤S600中焦面组件的离焦量是否满足需求。
所述的步骤S400中，测试焦面组件的离焦量的方法为：平行光管安装矩形靶标为被测相机提供焦面位置目标，积分球发出平行光照射矩形靶标，通过平行光管进入相机镜头，汇聚于焦面组件的线阵CCD上，并通过分屏显示器来显示，从分屏显示器上能够获得被测空间测绘相机的焦面位置的MTF(传递函数)，调整矩形靶标的位置获取被测空间测绘相机不同焦面位置的MTF，连接得到的不同焦面位置的MTF得到过焦曲线，根据得到的过焦曲线获得被测空间测绘相机的最佳焦面位置，将该最佳焦面位置与平行光管标定的无穷远位置做差值得出离焦量。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明可显著提高空间测绘相机的焦面装调效率，能够快速准确的完成焦面装调，有利于批量化生产，有利于缩短产品的研制周期；
(2)本发明的方法中一次焦面垫片的修正即可完成相机系统集成，避免了以往空间测绘相机系统集成需要数次迭代情况的发生；
(3)本发明公开了一种计算机辅助空间测绘相机焦面快速装调方法。其中，该方法包括以下步骤：步骤S100:搭建测试光路；步骤S200:将初始焦面垫片、焦面组件安装于待测相机上；步骤S300:建立相机焦面组件的计算机模型，确认其理论位置；步骤S400:调整相机线阵水平，测试被测相机各视场MTF，确定各视场离焦量；步骤S500:将离焦量代入计算机模型，得出焦面垫片调整量；步骤S600:验证计算值的正确性；步骤S700:将修正后的焦面垫片安装复位，复测被测相机各视场MTF。本发明可实现空间测绘相机的焦面快速装调，同时满足各视场共焦及线阵水平的要求。
附图说明
图1为本发明中过焦曲线示意图；
图2为本发明的方法的流程示意图；
图3为本发明的装置的结构组成示意图。
具体实施方式
一种空间测绘相机焦面装调装置，该装置包括分屏显示器1、积分球2、矩形靶标3、平行光管4和二维气浮转台6；待测试的空间测绘相机中包括相机镜头5、焦面组件7和焦面垫片；焦面组件7固定安装在相机镜头5上，焦面组件7和相机镜头5之间通过焦面垫片进行相对位置及角度的调整；
矩形靶标3位于平行光管4的焦面位置；积分球2固定安装在平行光管4的进光口侧；待测试的空间测绘相机位于二维气浮转台6上；
积分球2发出平行光，平行光照射矩形靶标3后，矩形靶标3的像通过平行光管4进入相机镜头5，矩形靶标3的像汇聚于焦面组件7中的线阵CCD上，矩形靶标3的像通过分屏显示器1进行显示。
一种空间测绘相机焦面装调方法，该方法的步骤包括：
步骤S100：将相机镜头5放置到二维气浮转台6上，并调整相机镜头5的位置，使相机镜头5的光轴与平行光管4的视轴平行，且平行光管4的出射光能够覆盖相机镜头5的全口径，平行光管4的焦面位置安装矩形靶标3；
步骤S200:将焦面组件7固定安装在相机镜头5上，且焦面组件7和相机镜头5之间有焦面垫片；焦面组件7固定安装在相机镜头5上时，焦面组件7与大地水平；
与大地水平的测试方法为：利用电子经纬仪测量焦面组件7中的线阵CCD的水平度，调整焦面垫片及焦面组件7相对位置，使焦面组件7中的线阵CCD水平度不超过3″；
步骤S300:建立步骤S200中焦面组件7的三维模型，比如使用Pro/E软件建立；
步骤S400:测试步骤S200中焦面组件7的离焦量；
步骤S500:将步骤S400得到的离焦量带入到步骤S300中的三维模型中，得到焦面垫片的修正量；
步骤S600:根据步骤S500得到的修正量修正焦面组件7和相机镜头5之间的焦面垫片；
步骤S700:测试步骤S600中焦面组件7的离焦量是否满足需求。
所述的步骤S400中，测试焦面组件7的离焦量的方法为：平行光管4安装矩形靶标3为被测相机提供焦面位置目标，积分球2发出平行光照射矩形靶标3，通过平行光管4进入相机镜头5，汇聚于焦面组件7的线阵CCD上，并通过分屏显示器1来显示，从分屏显示器1上能够获得被测空间测绘相机的焦面位置的MTF(传递函数)，调整矩形靶标3的位置获取被测空间测绘相机不同焦面位置的MTF，连接得到的不同焦面位置的MTF得到过焦曲线，根据得到的过焦曲线获得被测空间测绘相机的最佳焦面位置，将该最佳焦面位置与平行光管4标定的无穷远位置做差值得出离焦量。
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图2是本发明实施例提供的计算机辅助空间测绘相机焦面装调方法的流程图。图3是本发明实施例提供的调节工装示意图。如图2、图3所示，该计算机辅助的空间测绘相机焦面快速装调方法包括如下步骤：
步骤S100：将相机镜头5放置到二维气浮转台6上，并调整相机镜头5的位置，使相机镜头5的光轴与平行光管4的视轴平行，且平行光管4的出射光能够覆盖相机镜头5的全口径，平行光管4的焦面位置安装矩形靶标3；
步骤S200:将焦面组件7固定安装在相机镜头5上，且焦面组件7和相机镜头5之间有焦面垫片；
步骤S300:建立步骤S200中焦面组件7的三维模型；
步骤S400:测试步骤S200中焦面组件7的离焦量；
步骤S500:将步骤S400得到的离焦量带入到步骤S300中的三维模型中，得到焦面垫片的修正量；
步骤S600:根据步骤S500得到的修正量修正焦面组件7和相机镜头5之间的焦面垫片，完成空间测绘相机焦面的装调。
图3是本发明实施例提供的计算机辅助空间测绘相机焦面装调装置结构组成的示意图。如图3所示，该空间测绘相机焦面焦面装调装置结构包括所述相机包括相机镜头5、和线阵CCD7；其中，所述线阵CCD7与所述相机主体5相连接；
所述相机设置于所述二维转台6；
所述显微放大系统包括显示器1、积分球2和靶标3；
所述矩形靶标3设置于所述平行光管4的焦面位置；
所述积分球2发出的光经过平行光管4进入相机镜头5，将矩形靶标3成像于线阵CCD上。
上述计算机辅助的空间测绘相机焦面快速装调方法中，在步骤S600中，将垫片整体修整，要求平面度优于0.005。完成后复位状态，重复步骤S400，复测CCD的相应谱段边缘视场的MTF(传递函数)，得出垫片修正后焦面组件7的离焦量。
实施例
如图3所示，一种空间测绘相机焦面装调装置，该装置包括分屏显示器1、积分球2、矩形靶标3、平行光管4和二维气浮转台6；待测试的空间测绘相机中包括相机镜头5、焦面组件7和焦面垫片；焦面组件7固定安装在相机镜头5上，焦面组件7和相机镜头5之间通过焦面垫片进行相对位置及角度的调整；
矩形靶标3位于平行光管4的焦面位置；积分球2固定安装在平行光管4的进光口侧；待测试的空间测绘相机位于二维气浮转台6上；
积分球2发出平行光，平行光照射矩形靶标3后，矩形靶标3的像通过平行光管4进入相机镜头5，矩形靶标3的像汇聚于焦面组件7中的线阵CCD上，矩形靶标3的像通过分屏显示器1进行显示。
如图2所示，一种空间测绘相机焦面装调方法，该方法的步骤包括：
步骤S100：将相机镜头5放置到二维气浮转台6上，并调整相机镜头5的位置，使相机镜头5的光轴与平行光管4的视轴平行，且平行光管4的出射光能够覆盖相机镜头5的全口径，平行光管4的焦面位置安装矩形靶标3；
步骤S200:将焦面组件7固定安装在相机镜头5上，且焦面组件7和相机镜头5之间有焦面垫片，厚度为8mm；焦面组件7中的线阵CCD水平度为2.5″；
步骤S300:使用Pro/E软件建立步骤S200中焦面组件7的三维模型；
步骤S400:测试步骤S200中焦面组件7的离焦量；测试焦面组件7的离焦量的方法为：平行光管4安装矩形靶标3为被测相机提供焦面位置目标，积分球2发出平行光照射矩形靶标3，通过平行光管4进入相机镜头5，汇聚于焦面组件7的线阵CCD上，并通过分屏显示器1来显示，从分屏显示器1上能够获得被测空间测绘相机的焦面位置的MTF(传递函数)如图1中(49,0.19)，调整矩形靶标3的位置获取被测空间测绘相机不同焦面位置的MTF(传递函数)，如图1中(50,0.205)，(51,0.21)，(52,0.195)，(53,0.18)，连接得到的不同焦面位置的MTF(传递函数)得到过焦曲线，见图1；
根据得到的过焦曲线获得被测空间测绘相机的最佳焦面位置为51mm，将该最佳焦面位置与平行光管4标定的无穷远位置48.72mm做差值得出离焦量2.28mm；
步骤S500:将步骤S400得到的离焦量2.28mm带入到步骤S300中的三维模型中，得到焦面垫片的修正量，得到修正后的焦面垫片的厚度为0.152mm；
步骤S600:根据步骤S500得到的修正量修正焦面组件7和相机镜头5之间的焦面垫片；
步骤S700:采用预步骤S400中相同的方法测试步骤S600中焦面组件7的离焦量为0.03mm，一次修正焦面垫片即可满足离焦量0.05mm的要求，较现有技术中的装调方法既准确又快速，效率高。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空间测绘相机焦面装调装置，其特征在于：该装置包括积分球(2)、矩形靶标(3)、平行光管(4)和二维气浮转台(6)；
矩形靶标(3)位于平行光管(4)的焦面位置；积分球(2)安装在平行光管(4)的进光口侧；待测试的空间测绘相机位于二维气浮转台(6)上。
2.根据权利要求1所述的一种空间测绘相机焦面装调装置，其特征在于：待测试的空间测绘相机中包括相机镜头(5)、焦面组件(7)和焦面垫片；焦面组件(7)安装在相机镜头(5)上，焦面组件(7)和相机镜头(5)之间安装焦面垫片。
3.根据权利要求1或2所述的一种空间测绘相机焦面装调装置，其特征在于：所述的装调装置还包括分屏显示器(1)。
4.根据权利要求3所述的一种空间测绘相机焦面装调装置，其特征在于：积分球(2)发出平行光，平行光照射矩形靶标(3)后，矩形靶标(3)的像通过平行光管(4)进入相机镜头(5)，矩形靶标(3)的像汇聚于焦面组件(7)中的线阵CCD上，矩形靶标(3)的像通过分屏显示器(1)进行显示。
5.一种空间测绘相机焦面装调方法，其特征在于该方法的步骤包括：
步骤S100：在平行光管(4)的焦面位置安装矩形靶标(3)，将相机镜头(5)放置到二维气浮转台(6)上，并调整相机镜头(5)的位置，使相机镜头(5)的光轴与平行光管(4)的视轴平行，且平行光管(4)的出射光能够覆盖相机镜头(5)的全口径；
步骤S200:将焦面组件(7)固定安装在相机镜头(5)上，且焦面组件(7)和相机镜头(5)之间安装焦面垫片；
步骤S300:建立步骤S200中焦面组件(7)的三维模型；
步骤S400:测试步骤S200中焦面组件(7)的离焦量；
步骤S500:将步骤S400得到的离焦量修正步骤S300中的三维模型，得到焦面垫片的修正量；
步骤S600:根据步骤S500得到的修正量修正焦面组件(7)和相机镜头(5)之间的焦面垫片，完成空间测绘相机焦面的装调。
6.根据权利要求5所述的一种空间测绘相机焦面装调方法，其特征在于：所述的步骤S200中，焦面组件(7)固定安装在相机镜头(5)上时，焦面组件(7)与大地水平。
7.根据权利要求6所述的一种空间测绘相机焦面装调方法，其特征在于：与大地水平的测试方法为：利用电子经纬仪测量焦面组件(7)中的线阵CCD的水平度。
8.根据权利要求7所述的一种空间测绘相机焦面装调方法，其特征在于：焦面组件(7)中的线阵CCD水平度不超过3″。
9.根据权利要求5所述的一种空间测绘相机焦面装调方法，其特征在于：所述的步骤S300中，建立三维模型时使用Pro/E软件建立。
10.根据权利要求5所述的一种空间测绘相机焦面装调方法，其特征在于：所述的步骤S400中，测试焦面组件(7)的离焦量的方法为：平行光管(4)安装矩形靶标(3)为被测相机提供焦面位置目标，积分球(2)发出平行光照射矩形靶标(3)，通过平行光管(4)进入相机镜头(5)，汇聚于焦面组件(7)的线阵CCD上，并通过分屏显示器(1)来显示，从分屏显示器(1)上获得被测空间测绘相机的焦面位置的MTF，调整矩形靶标(3)的位置获取被测空间测绘相机不同焦面位置的MTF，连接不同焦面位置的MTF，得到过焦曲线，根据得到的过焦曲线获得被测空间测绘相机的最佳焦面位置，将该最佳焦面位置与平行光管(4)标定的无穷远位置做差值得出离焦量。
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