CN115128787B - 一种离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法，包括以下步骤：S1、建立相机坐标系，将离轴相机的离轴方向作为X轴，将离轴相机的光轴方向作为Z轴，并根据右手定则确定Y轴；S2、根据相机坐标系确定离轴相机内焦面的坐标，并沿Y轴方向依次观察每一片探测器的拍摄图像；S3、通过观察第一片探测器和最后一片探测器中图像的像散方向来判断离轴相机中次镜的调整量，消除离轴相机中的像散。本发明根据实际装调经验，实现了在轨离轴三反相机的像散消除，该方法具有操作简单、专用性强，实用性强以及收敛效率高的特点。

Description

一种离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法
技术领域
本发明涉及空间遥感技术领域，特别涉及一种离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法。
背景技术
为了追求对地观测的更高分辨率，目前航天相机口径和焦距逐渐增大。对于大口径航天相机，由于受地面重力和气流影响，入轨后的航天相机很难保证地面装调测试时的成像性能。因此主动光学技术逐渐应用于航天相机的研制。典型的主动光学方案包括两种，一是通过在主镜后加促动器进行在轨相机的主镜面形校正。二是采用次镜在轨调整技术，通过对在轨相机的次镜位姿进行调整优化相机像质。由于主镜面形校正的方案需增加相应的检测仪器装置，因此相对复杂且成本较高。次镜在轨调整的主动光学系统像质校正技术是一种高效的在轨相机能力提升方案。但对于次镜的在轨像质校正方法目前都是采用理论计算及仿真的方法研究，大多数是基于像差理论进行次镜失调量的求解。
离轴三反相机具有视场大、无中心遮拦的特点，但相对于同轴光学系统，由于入轨后需进行大视场协调优化，因此对于离轴系统像质的在轨主动校正，难度更大、策略更复杂、实现周期更长。目前的次镜在轨像质校正方法都是基于理论计算及仿真分析，是一种适用于各种光学系统的普适性的计算方法。该方法求解复杂、实用性很差，仅可以作为实际操作的参考。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法，本发明根据实际装调经验，实现了在轨离轴三反相机的像散消除，该方法具有操作简单、专用性强，实用性强以及收敛效率高的特点。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供一种离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法，包括以下步骤：
S1、建立相机坐标系，将离轴相机的离轴方向作为X轴，将离轴相机的光轴方向作为Z轴，并根据右手定则确定Y轴；
S2、根据相机坐标系确定离轴相机内焦面的坐标，并沿Y轴方向依次观察每一片探测器的拍摄图像；
S3、通过观察第一片探测器和最后一片探测器中图像的像散方向来判断离轴相机中次镜的调整量，消除离轴相机中的像散。
优选地，在步骤S3中：
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有相同方向的像散，且像散角度为45度或-45度，则对次镜进行Y轴方向的平移调整，以调整后第一片探测器、最后一片探测器的减小为判据确定不同角度对应的Y轴正负向。
优选地，在步骤S3中：
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有相同方向的像散，且像散角度为0度或90度，则对次镜进行X轴方向的平移调整，以调整后第一片探测器、最后一片探测器的像散减小为判据确定不同角度对应的X轴正负向。
优选地，在步骤S3中：
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有不同方向的像散，像散角度分别为-45度和45度或像散角度分别为45度和-45度，则对次镜进行绕Y轴方向的转动调整，以调整后第一片探测器、最后一片探测器的像散角度趋于一致为判据确定不同角度组合对应的绕Y轴转动的正负向。
优选地，在步骤S3中：
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有不同方向的像散，像散角度分别为0度和90度或像散角度分别为90度和0度，则对次镜进行绕X轴方向的转动调整，以调整后第一片探测器、最后一片探测器的像散角度趋于一致为判据确定不同角度组合对应的绕X轴转动的正负向。
优选地，在步骤S3中：
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有不同方向的像散，且像散角度为任意方向：
首先将像散角度按+45/-45度和0/90度进行分解；
然后交替按照上述步骤进行次镜平移和转动的调整，直到离轴相机的像散全部消除。
优选地，次镜的调整量根据次镜初次调整后像散的衰减程度呈比例进行设置。
与现有的技术相比，本发明根据实际装调经验，实现了在轨离轴三反相机的像散消除，该方法具有操作简单、专用性强，实用性强以及收敛效率高的特点。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法的流程示意图。
图2是根据本发明实施例提供的离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法中离轴相机的坐标示意图。
图3是根据本发明实施例提供的离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法中焦面的坐标示意图。
其中的附图标记包括：主镜1、三镜2、焦面3、次镜4、第一片探测器5和最后一片探测器6。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了根据本发明实施例提供的离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法的流程示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法包括以下步骤：
S1、建立相机坐标系，将光学系统的离轴方向作为X轴，将离轴相机的光轴方向作为Z轴，根据右手定则确定Y轴。
X和Z轴的正负方向可任意选取。
图2示出了根据本发明实施例提供的离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法中离轴相机的坐标示意图。
如图2所示，入射光线依次经过主镜1、次镜4和三镜2的反射后在焦面3处进行成像。
S2、根据相机坐标系确定离轴相机内焦面的坐标，如图2所示。沿Y轴方向依次观察每一片探测器的拍摄图像。
以在轨离轴相机边缘探测器所拍摄图像为输入，确定相机边缘视场成像时的系统残余像散方向。
图3示出了根据本发明实施例提供的离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法中焦面的坐标示意图。
如图3所示，第一片探测器5和最后一片探测器6依次沿y轴方向对焦面3处的图像进行拍摄。
S3、通过观察第一片探测器和最后一片探测器中图像的像散方向来判断次镜的调整量。
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有相同方向的像散，且像散角度为45度或-45度，则对次镜进行Y轴方向的平移调整，以调整后像散减小为判据确定不同角度对应的Y轴正负向。
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有相同方向的像散，且像散角度为0度或90度，则对次镜进行X轴方向的平移调整，以调整后像散减小为判据确定不同角度对应的X轴正负向。
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有不同方向的像散，像散角度分别为-45度和45度或像散角度分别为45度和-45度，则对次镜进行绕Y轴方向的转动调整，以调整后第一片探测器、最后一片探测器的像散角度趋于一致为判据确定不同角度组合对应的绕Y轴转动的正负向。
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有不同方向的像散，像散角度分别为0度和90度或像散角度分别为90度和0度，则对次镜进行绕X轴方向的转动调整，以调整后第一片探测器、最后一片探测器的像散角度趋于一致为判据确定不同角度组合对应的绕X轴转动的正负向。
若第一片探测器、最后一片探测器的图像反应出离轴相机具有不同方向的像散，且像散角度为任意方向，则需要先将像散角度按+45/-45度和0/90度进行分解，然后交替进行上述步骤进行次镜平移和转动的调整，直到系统的像散全部消除。
次镜调整的量级可根据次镜初次调整后像散的衰减程度呈比例确定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立相机坐标系，将离轴相机的离轴方向作为X轴，将所述离轴相机的光轴方向作为Z轴，并根据右手定则确定Y轴；
S2、根据所述相机坐标系确定所述离轴相机内焦面的坐标，并沿所述Y轴方向依次观察每一片探测器的拍摄图像；
S3、通过观察第一片探测器和最后一片探测器中图像的像散方向来判断所述离轴相机中次镜的调整量，消除所述离轴相机中的像散；
若所述第一片探测器、所述最后一片探测器的图像反应出所述离轴相机具有相同方向的像散，且像散角度为45度或-45度，则对所述次镜进行Y轴方向的平移调整，以调整后所述第一片探测器、所述最后一片探测器的像散减小为判据确定不同角度对应的Y轴正负向；
像散角度为0度或90度，则对所述次镜进行X轴方向的平移调整，以调整后所述第一片探测器、所述最后一片探测器的像散减小为判据确定不同角度对应的X轴正负向；
若所述第一片探测器、所述最后一片探测器的图像反应出所述离轴相机具有不同方向的像散，像散角度分别为-45度和45度或像散角度分别为45度和-45度，则对所述次镜进行绕Y轴方向的转动调整，以调整后所述第一片探测器、所述最后一片探测器的像散角度趋于一致为判据确定不同角度组合对应的绕Y轴转动的正负向；
像散角度分别为0度和90度或像散角度分别为90度和0度，则对所述次镜进行绕X轴方向的转动调整，以调整后所述第一片探测器、所述最后一片探测器的像散角度趋于一致为判据确定不同角度组合对应的绕X轴转动的正负向；
像散角度为任意方向：首先将像散角度按+45/-45度和0/90度进行分解；然后交替进行上述步骤进行次镜平移和转动的调整，直到所述离轴相机的像散全部消除。
2.根据权利要求1所述的离轴相机在轨像质优化的次镜调整方法，其特征在于，所述次镜的调整量根据所述次镜初次调整后像散的衰减程度呈比例进行设置。
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