[发明专利]一种改进的航空相机调焦系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的航空相机调焦系统，适用于航空相机检调焦领域。

背景技术

成像质量是航空相机最重要的性能指标，受光学系统制约的同时，还受大气、杂光、温度、像移、CCD器件等多种环境因素的影响。温度、大气压力和航高等环境因素的变化，会造成相机光学焦面位置的移动，造成离焦。若离焦量超出半焦深，照相分辨力将显著下降，严重时甚至不能成像。目前的航空相机调焦，可采用对所拍摄的地面图像进行直接图像处理的方法，这种方法具有一定的局限性：它对所拍摄景物信息丰富的区域(例如城市)，调焦效果显著；然而，对于低对比度的区域(例如海洋、森林、沙漠、雪地等)，直接图像处理的方法往往难以正确对焦。

为弥补直接图像处理方法的不足，目前航空相机主要采用基于光电自准直的检调焦方式，美国KA112A、现有斜视长焦航空相机均采用光电自准直的检调焦方式进行相机调焦，其原理如图1所示调焦系统结构示意图中包括光源、光栅组件、焦面反射镜、胶片、物镜、扫摆反射镜、光电接收器和主控系统。胶片(或CCD)平面和光栅组件在光学系统的共轭位置上。在照相时，扫摆反射镜与光轴成45度，焦面反射镜处在图中虚线位置。在自动检调焦工作状态时，焦面反射镜处逆时针90度，扫摆反射镜垂直竖起。由光源发出的准直光照亮位于相机物镜焦平面上的光栅组件，光线经过相机物镜及扫摆反射镜反射回来，再经过相机物镜成像在光栅组件上，在光电接收器件上产生一个光强调制信号，光强信号由光电接收器件转换为电信号被采集以进行比较。当相机准确对焦时，由光栅组件经光学系统两次所成的光栅像重合，光强调制信号幅值最大，如图2中的(a)所示为正焦信号图，当相机离焦时，由光栅组件经光学系统两次所成的光栅像不重合，光强调制信号幅值小于重合时的幅值，如图2中的(b)所示为离焦信号图。

上述调焦系统机械结构过于复杂(焦面反射镜、光电接收器、扫摆反射镜运动等)不适用于小型化、轻量化的发展趋势。

图3为现有技术是本案发明人发明的航空相机调焦系统，(申请号：2011102803379)。该一种航空相机调焦系统以解决调焦反射镜需要扫摆、需要焦面反射镜和目标光栅，系统复杂度增大，传统图像处理调焦对低对比度目标无效等的问题。但是由于分光棱镜的存在，一方面增加了系统的机械复杂度，另一个致命的缺陷是损失部分有用光线。

发明内容

为了解决调焦反射镜需要扫摆、需要焦面反射镜、需要接收光栅，需要分光棱镜等，系统复杂度增大，传统图像处理调焦对低对比度目标无效等的问题，本发明的目的是提供一种改进的航空相机调焦系统。

本发明一种改进的航空相机检调焦系统，采用的技术方案由照明光源、准直透镜、目标、物镜、反射镜、电荷耦合器件、图像采集处理模块和运动控制模块组成；其中准直透镜、目标放置在照明光源发出的光束线上，以反射镜、物镜和电荷耦合器件的中心点的连线为光轴，光轴与照明光源发出的光束线平行，反射镜、物镜和电荷耦合器件依序放置在光轴上，目标的中心点与反射镜的中心点重合，图像采集处理模块与电荷耦合器件连接，运动控制模块与图像采集处理模块连接，目标与图像采集处理模块为共面，反射镜的镜面与光轴的垂线倾斜一角度；所述调焦系统包括调焦和成像两条光路，调焦工作时，反射镜旋转至垂直于光轴微小角度处，使目标的像成像于电荷耦合器件中心，照明光源发出的光经过准直透镜准直，均匀地为放置于物镜焦面处的目标照明，经过物镜后由反射镜反射回来，再次经过物镜，最后成像于电荷耦合器件上，即相当于对于无穷远高对比度目标成像，图像采集处理模块将图像信号按照调焦评价函数相关算法进行处理，得到调焦函数值，用于控制运动控制模块运动；运动控制模块驱动物镜的调焦组件至利用图像信息计算评价函数值的最大位置处，用于实现调焦工作；成像工作时，反射镜顺时针旋转至与地面成45度处，地面光线通过反射镜反射，经过物镜后，直接成像于电荷耦合器件上，然后由图像采集处理模块采集成像于电荷耦合器件上的图像，并将所述图像进行存储传输，完成航拍任务。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明中的反射镜不需要扫摆：调焦工作时反射镜固定角度，无需扫摆，减少了扫摆运动控制，控制复杂度降低，提高了系统稳定性；

(2)本发明不需要分光棱镜：有用光线完全被利用，重量轻，有利于小型化、轻量化；

本发明减少系统机械结构、重量，提高稳定性。由于大面阵CCD帧频的限制，若需要提高效率，可以使用binning结构或者将大面阵CCD当成线阵CCD使用。本发明可适于具有扫摆反射镜的中长焦航空相机的调焦，调焦光路直接指导成像光路成像。