CN204086768U - 一种自动检调光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动检调光装置，包括：单片机、步进电机驱动电路、微型步进电机、光学镜头、可变光阑、硅光电池、信号调理电路和AD转换电路；其中，光学镜头、可变光阑、硅光电池、信号调理电路、AD转换电路、单片机、步进电机驱动电路和微型步进电机顺序相接；微型步进电机还与可变光阑连接。本申请实现了控制可变光阑的孔径的无级调节，克服了传统光阑片调光分档进行，调节不连续，不灵活且响应速度慢，中途换挡丢失目标的缺陷；采用同步多级时间积分延长曝光时间，提高光能量利用率，结构设计上减小了相机系统的重量和体积，在低照度的环境下也能输出具有高信噪比的信号，解决了小相对孔径、长焦距高分辨力航空相机的曝光不足问题。

Description

一种自动检调光装置

技术领域

本实用新型涉及一种自动检调光装置，属于航空遥感技术领域。

背景技术

空中摄影就是从空中一定的高度上摄取地面物体影像的过程，它有着自己独特的特点，这些特点与空中摄影的特殊条件有关。在现代军事中，航空遥感是获取地面信息的重要技术手段，航拍相机作为航空遥感器的主要载荷形式之一，被世界各国广泛用于资源普查、地形测绘、军事侦察等许多领域，航拍相机则是必备的机载设备。不论对传统胶卷相机还是现代CCD感光器件相机而言，都需要一定的合适曝光量，正确的控制曝光量是获得一张优质图片的关键。然而相机检调光是一种复杂，综合性强的调节过程，特别对非专业人员而言，亲自动手检调光获得理想曝光量几乎是不可能的事情，航拍与普通的摄影有很大的不同，航拍是飞机在高速高空状态条件下对地面进行拍摄，由于季节、温度、天气、太阳高度角和景物特征的不同，入射光强度变化大，必须在动态条件下拍摄出清晰的画面，不仅要求调光系统的调光范围宽，而且要求调光速度快，自动适应性强。传统的调光方法中存在着种种的不足：光阑片调光分档进行，调节不连续，不灵活且响应速度慢，中途换挡将丢失目标；变密度盘调光系统存在机构复杂，调光范围不够，驱动功率要求大等问题；普通CCD摄像机自身的电子调光一般不可控，效果不理想，无法满足现代航拍系统的调光要求。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种自动检调光装置。

技术方案：为解决上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的技术方案是：

一种自动检调光装置，包括：单片机、步进电机驱动电路、微型步进电机、光学镜头、可变光阑、硅光电池、信号调理电路和AD转换电路；其中，光学镜头、可变光阑、硅光电池、信号调理电路、AD转换电路、单片机、步进电机驱动电路和微型步进电机顺序相接；微型步进电机还与可变光阑连接。

工作原理：本实用新型自动检调光装置以单片机为核心，首先环境光线通过光学镜头及可变光阑照射到硅光电池上，由硅光电池完成环境光线的实时采集，经过信号调理电路对硅光电池采集的信号进行调理处理后，再通过AD转换电路完成环境光线光照度值数字化的转换送入单片机中；单片机通过步进电机驱动电路控制微型步进电机，进而调整可变光阑通光孔径大小。

上述针对航拍的特殊性，同时克服传统调光方法的不足，实现了机载航拍相机要在飞控机的指令下进行航拍，完成自动检调光。

能够通过上述装置实现CCD相机拍摄出更高清晰度的图像，尤其适用于飞机在高速高空状态下对地面进行高清晰画面的拍摄。

上述的自动检调光装置，其特征在于：还包括TDICCD和电子快门，单片机上还设有TDICCD接口，TDICCD通过TDICCD接口与单片机连接；电子快门与单片机连接。

    上述自动检调光装置，单片机上还设有串口通信接口。

    上述的TDICCD接口是由单片机通过控制TDICCD的级数，从而控制曝光时间，同时实现对电子快门的控制和利用串口通信接口与外界的通信，从而完成自动检光。

本实用新型未提及的技术均为现有技术。

本实用新型的有益效果是：实现控制可变光阑的孔径的无级调节，改变传统光阑片调光分档进行，调节不连续，不灵活且响应速度慢，中途换挡丢失目标的状况；采用同步多级时间积分延长（TDI）曝光时间，提高光能量利用率，结构设计上减小了相机系统的重量和体积，在低照度的环境下也能输出具有高信噪比的信号，解决了小相对孔径、长焦距高分辨力航空相机的曝光不足问题；同时通过TDICDD实现动态调整曝光时间，完成了自动检光，获得理想的拍摄效果。

附图说明 

图1为本实用新型自动检调光装置结构示意图；

图2为自动检调光工作装置电路图；

图3为TDICCD工作原理图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1所示的自动检调光装置，包括：单片机、步进电机驱动电路、微型步进电机、光学镜头、可变光阑、硅光电池、信号调理电路、AD转换电路、TDICCD和电子快门；其中，光学镜头、可变光阑、硅光电池、信号调理电路、AD转换电路、单片机、步进电机驱动电路和微型步进电机顺序相接；微型步进电机还与可变光阑连接；单片机上还设有TDICCD接口，TDICCD通过TDICCD接口与单片机连接；电子快门与单片机连接；单片机上还设有串口通信接口。

上述装置以AT89C51单片机为核心，在单片机控制下通过自动改变光圈和TDICCD的级数，实现全自动检调光；被摄景物的入射光，经过光学镜头，可变光阑，成象在TDICCD 靶面上；硅光电池从光学镜头捕捉更多光信息，减少依靠后期的图像处理，客观真实还原拍摄信息，并通过硅光电池对环境光线的实时采集，在小型AD转换器件转换下实现光照度值数字化。由单片机中的曝光程序通过步进电机驱动电路驱动微型步进电机，实现控制可变光阑的孔径的无级调节，从而通过控制通光孔径大小改变入射到检光元件硅光电池的照度。调节可变光阑的孔径可以得到合适的照度改变传统光阑片调光分档进行，调节不连续，不灵活且响应速度慢，中途换挡丢失目标的状况；而后硅光电池把采集的到的信号送入信号调理电路处理，再经过AD转换电路送入单片机，单片机通过TDICCD接口控制TDICCD的级数来动态调整曝光时间。具体是：当地面景物平均亮度增大时，自动调光控制装置使光圈变小或者减少积分时间（通过减少TDICCD的级数来实现）， TDICCD工作原理如图3所示：某一列上的第一个像元在第一个曝光积分周期内收集到的信号电荷并不直接输出，而是与同列第二个像元在第二个积分周期内收集到的电荷相加，相加后的电荷移向第三行…,CCD最后一行(第                                                行)的像元收集到的信号电荷与前面-1次收集到的信号电荷累加后移到输出寄存器中，按普通线阵CCD器件的输出方式进行读出。可见线阵CCD输出信号的幅度是个像元积分电荷的累加，即相当于一个像元倍积分周期所收集到的信号电荷，输出幅度扩大了倍，而信噪比增加了倍。在TDI-CCD中积分级数可分为16,32 , ......，最大可达256，行周期相同时，TDI-CCD比普通CCD的响应度大为提高。当地面景物平均亮度减弱时，自动调光控制系统使光圈变大或者增加积分时间（通过增加TDICCD的级数来实现）；单片机通过TDICCD接口控制TDICCD的级数，从而控制曝光时间，同时实现对电子快门的控制和利用串口通信接口与外界的通信，从而完成自动检光。算法上采用同步多级时间积分延长（TDI）曝光时间，提高光能量利用率，结构设计上减小了相机系统的重量和体积，在低照度的环境下也能输出具有高信噪比的信号，解决了小相对孔径、长焦距高分辨力航空相机的曝光不足问题。同时通过TDICDD实现动态调整曝光时间，完成了自动检光，获得理想的拍摄效果。 

通过试验验证：

一个步进脉冲的输入，光阑通光孔面积的变化量的范围是（0.622mm2~2.775 mm2）。

一个步进脉冲的输入,通光孔径相对变化比值范围（0.492%~1.68%）。

可以实现机载相机在飞控机的指令下进行航拍，完成自动检光、可变光阑通光孔径调节、快门、曝光时间自动调节等动作。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种自动检调光装置，其特征在于：包括：单片机、步进电机驱动电路、微型步进电机、光学镜头、可变光阑、硅光电池、信号调理电路和AD转换电路；其中，光学镜头、可变光阑、硅光电池、信号调理电路、AD转换电路、单片机、步进电机驱动电路和微型步进电机顺序相接；微型步进电机还与可变光阑连接。

2.如权利要求1所述的自动检调光装置，其特征在于：还包括TDICCD和电子快门，单片机上还设有TDICCD接口，TDICCD通过TDICCD接口与单片机连接；电子快门与单片机连接。

3.如权利要求1所述的自动检调光装置，其特征在于：单片机上还设有串口通信接口。