1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春30033
2 空军装备部驻某地区军事代表室
3 长春奥普光电技术股份有限公司，吉林长春100
为解决航空遥感相机不同波段目标作用距离计算模型缺乏统一评价标准及工程闭环等问题，开展双波段航空遥感相机目标作用距离评价标准研究及工程应用案例分析。明确航空遥感相机目标作用距离的限制条件，从目标的几何和辐射特性出发。首先根据航空遥感的特点提出了目标三维投影变换关系式，得到任意观测工况下目标的等效观测尺寸；针对可见光、红外双波段点目标和面目标各自不同的辐射成像特点，分别建立了目标作用距离计算模型。接着，结合工程应用示例对不同计算模型的结果进行分析比较，给出了适合航空遥感相机远距离斜视成像条件下选用的计算模型。然后，采用某型航空遥感相机的实际飞行图像中提取的信息，对目标作用距离计算过程中信噪比及调制度的阈值进行了合理选择，并根据修正后的阈值分析了大型舰船和坦克在可见光与红外不同的探测及识别概率下对应的作用距离。分析结果表明：在载机航高18 km，大气能见度15 km，航空遥感相机可见光焦距不低于1.5 m时，可实现在50%的概率下对海面大型舰船的探测距离141 km、识别距离93 km，对陆地坦克等小目标的探测距离105 km、识别距离80 km；在红外焦距不低于1 m的条件下，可实现在50%的概率下对海面大型舰船的探测距离203 km、识别距离140 km，对陆地坦克等小目标的探测距离44 km、识别距离37 km。上述仿真的结果吻合实际，本文的成果可较好应用于工程实践。
航空相机 可见光红外 作用距离 探测识别 信噪比 调制度 对比度 aerial camera visible and infrared operating distance detection and identification SNR modulation contrast
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
2 空军装备部驻长春地区军事代表室，吉林 长春 130033
为解决航空遥感相机检焦系统故障分析、元器件选型及提高检焦精度的问题，本文深入研究了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦法。首先，归纳总结了国内外航空相机常用的几种检焦方法， 对比了每种检焦方法的优缺点。接着，重点介绍了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦系统的构成和工作原理，建立了数学模型，模拟了检焦系统在不同像面位置处的输出波形。然后，为衡量离焦程 度，提出了离焦评价因子的概念，接着分析了光学系统的衍射效应和像差大小、Ronchi光栅的周期选择及检焦光源的能量分布这三种因素对检焦精度的影响，给出了Ronchi光栅周期的选择方法。最 后，通过实验的方法对本文的仿真结果加以验证。实验结果表明：合焦波形的峰峰值占比0.82，对应0.05 mm步长下的平均检焦分辨力约为10%。
航空相机 检焦 自准直 Ronchi光栅 aerial camera focusing auto-collimating Ronchi grating
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
针对精密测角算法标定线阵相机内方位元素时仅标定一维方向的主点坐标及畸变, 导致该标定算法适应性及精度受限的问题, 提出了一种线阵相机二维高精度内方位标定方法。首先, 分析了线阵相机内方位元素模型, 然后, 针对该模型提出了一种基于二维转台的二维标定方法, 并给出了详细的标定步骤及数据处理方法, 最后, 将本文提出方法的标定结果与精密测角算法的标定结果进行了对比, 结果表明, 本文提出的标定方法的重投影误差为0.34 pixel, 相比于精密测角算法的1.25 pixel, 显著提高了标定精度, 且标定时不需要进行对准、调平等操作, 标定过程操作简单。
线阵相机 高精度内方位元素标定 二维标定 精密测量 line-scan camera high precision calibration two-dimensional calibration precision measurement
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 吉林省万成集团有限公司, 吉林 长春 130033
为了解决航空遥感相机自动焦面检测的问题, 提出了一种利用空间滤波测速(SFV)原理进行航空遥感相机自动焦面检测的方法。首先, 在焦面检测过程中, 采集线阵CCD输出图像的Visibility值, 利用SFV信号的Visibility值与离焦量之间的关系, 通过搜寻SFV信号Visibility最大值找出最佳的成像焦面位置; 其次, 对空间滤波测速原理及Visibility与离焦量的关系进行了介绍; 最后, 对设计的实验装置在5～53.2 mm/s的典型像移速度下进行了20次焦面检测, 结果表明最大测量误差均方值为46.25 ?滋m, 小于航空遥感相机光学系统的检焦误差宽容度(76.8 ?滋m), 能够满足航空遥感相机的自动焦面检测精度要求。
焦面检测 航空遥感相机 SFV SFV Visibility Visibility focus detection aerial remote camera 红外与激光工程
2019, 48(4): 0417001
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
针对大视场、高分辨率、低畸变和环境适应性要求高的三线阵航空测绘相机光学系统设计要求, 开展新型光学系统结构形式设计: 首先, 根据总体方案要求以及稳定平台安装特点, 确定了单镜头的技术方案; 接着, 分析计算了光学系统各项指标参数, 光学系统拉氏不变量达到9.5; 然后, 对比分析了非像方远心光路、像方远心光路和准像方远心光路的结构形式; 最后, 设计了一种航空环境适应性良好的双高斯复杂化失对称准像方远心光学系统结构形式。设计的光学系统成像质量好, 在全色谱段内的Nyquist频率为100 lp/mm, 全视场调制传递函数均优于0.36; 分别在R、G、B谱段的Nyquist频率为50 lp/mm, 全视场调制传递函数均优于0.6。光学系统全视场最大相对畸变优于0.1%, 在均匀温度0~40 ℃范围内, 全色谱段调制传递函数优于0.3。实验室鉴别率板测试结果表明, 相机静态分辨率达到102 lp/mm; 飞行验证试验结果表明, 相机摄影分辨率达到0.16 m@2 km航高。光学系统设计完全满足大视场三线阵航空测绘相机环境适应性和分辨率的要求。
测绘相机 调制传递函数 机载环境适应性 光学设计 准像方远心 mapping camera modulation transfer function airborne environment adaptability optical design semi-telecentric structure
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
：在航空摄影测量中，载机前向飞行和姿态旋转引起的像移模糊会为同名像点的量测引入误差，使共线方程偏离共线的条件，进而导致直接地理定位的精度下降。为定量分析像移对物点直接定位的影响，从摄影测量的共线方程出发，在充分考虑前向飞行和姿态旋转的条件下，建立了框幅式相机中CCD靶面各点像移量的数学模型。根据该模型计算出像移轨迹中的质心坐标和其对应的曝光时标，并以质心确定同名像点坐标，以中心曝光时间作为曝光时标以获得对应的外方位元素。仿真结果表明，在理想条件下，以上述方法进行双像前方交会的物方定位误差最大为0.12 mm，有效降低了像移对直接地理定位的影响。文中为分析框幅式航测相机中像移量对位置精度的影响和曝光时标的确定提供了理论依据。
遥感 像移 共线方程 直接地理定位 航空测绘 remote sensing image motion collinearity equation direct georeferencing aerial photography
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
：为减小高空光学遥感器的热设计误差，提高其热控效率，利用灵敏度分析方法对高空光学遥感器的热设计参数进行了分析。根据能量守恒定律建立了光学遥感器高空航摄时的热平衡方程，并对影响透镜组件温度分布的热设计参数进行了灵敏度分析。分析结果表明，对流换热、内部热源及构件之间的热阻对高空光学遥感器透镜组件的温差影响较大。试验结果表明，基于灵敏度分析结果的热设计方案合理有效。
高空光学遥感器 灵敏度分析 对流换热 热设计 altitude optical sensor sensitivity analysis heat convection thermal design
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
光学传递函数是评价光学系统成像质量的重要指标。基于为数字航空摄影相机设计的一种新型航空镜间快门的工作特性，镜间快门在控制曝光过程中改变了相机光学系统的光瞳形状，意味着点扩展函数的改变，从而改变了光学系统的传递函数。将光学系统视为一个空间频率的滤波器，以傅里叶积分变换和光的标量衍射理论为基础，将孔径光阑的变化过程与光瞳函数建立关系，应用二次傅里叶变换法得到光学传递函数，分析快门在工作周期内对光学传递函数的影响。通过对计算结果与测量结果的对比分析可知，传递函数的最大绝对误差为0.196，最大相对误差为-0.274，有较好的准确度和重复性，并且缩小镜间快门开始和关闭阶段所用时间占整个曝光时间的比例，可以提高系统的综合传递函数，为中心快门的优化设计提供理论依据。
傅里叶光学 新型镜间快门 光学传递函数 光瞳函数 傅里叶变换法 点扩展函数 光学学报
2014, 34(11): 1112005
1 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院长春光学 精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对大视场角航空相机常用的高空分段拼装式光学窗口阶差小的问题, 提出了一种适用于该类光学窗口的防护装置。分析了高空分段拼装式光学窗口的任务需求和高空工作环境, 完成了整个防护装置的设计; 确定了传动机构的参数并对其传动精度进行了分析。最后进行了振动试验和高空环境模拟试验。分析及试验结果表明, 所研制的防护装置基频达到111.9 Hz, 保证了在外界动态载荷作用下的动力学响应; 低温(-56.5℃)低压(5.5 kPa)环境下传动机构运动平稳、可靠, 速度误差仅为1.3%。该防护装置已成功应用于某航空相机, 试验显示其有效克服了高空气动阻力及低温低压环境的影响, 可以作为其他高空分段拼装式光学窗口防护结构设计的参考。
航空相机 光学窗口 防护装置 传动精度 气动阻力 aerial camera optical window protector transmission accuracy aerodynamic resistance
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室 吉林 长春 130033
以长焦距斜视相机俯角系统为研究对象, 针对高动态下自准直检焦镜筒定位精度不高的问题, 提出了一种基于高增益观测器的多环路控制策略。首先, 根据俯角控制系统开环幅频特性曲线, 建立了俯角位置控制系统的数学模型, 从控制理论角度分析了所设计控制策略的可行性; 然后, 通过实际系统进一步验证了所设计控制策略的可靠性。实验表明, 高增益观测器能够很好地估计镜筒在非惯性空间下的角速度和角加速度状态; 相比于双闭环控制方法, 本文提出的控制策略可将俯角位置控制扰动最大误差减少96.3%, 保证了镜筒的检焦位置定位精度优于0.05°, 因此具有较好的工程应用价值。
长焦距斜视相机 反射式光学系统 自准值检焦 高增益观测器 多环路控制 long focal length oblique camera reflection type optical system auto-collimating autofocusing high gain observer multiple loop control
