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题名:
航空相机动态像质评价与视轴稳定技术研究
作者: 廖靖宇
学位类别: 博士
答辩日期: 2011-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 高晓东
关键词: 航空相机 ; 视轴稳定 ; 像质评价 ; 动态MTF ; 钢带传动
学位专业: 光学工程
中文摘要: 航空摄影是高效获取地面信息的一种重要手段。作为航空摄影的关键设备,
航空相机在航空摄影中起着至关重要的作用。对航空相机的性能进行分析和研究
具有重要意义。
成像质量是航空相机最关键的性能指标。影响航空相机成像质量的因素有很
多,其中曝光时间内的视轴运动对成像质量造成的破坏最为严重。为了在视轴运
动的动态条件下获取高分辨率的地面图像,必须设计建立视轴稳定系统。为此,
本文首先对视轴运动的来源和视轴运动对成像的影响形态进行了分析,确定了同
时采用被动隔振和主动控制实现视轴稳定的技术路线。
为了设计出满足高分辨率成像要求又具有经济性的视轴稳定系统,基于线性
光学系统的传递函数理论,针对匀速运动,加速运动和正弦运动等几种动态成像
条件进行了定量分析。以MTF 作为评价标准,建立起了像移量和动态成像质量之
间的联系。并且以奈氏频率动态MTF 不小于0.9 作为评价标准,通过分析得出了
航空相机视轴稳定系统的性能指标参数。最后结合隔振系统的振动衰减效率曲线
分析了主动控制系统需要达到的稳定精度,为视轴稳定系统的设计提供了明确定
量的参考。
通过建立航空相机视轴运动的相关坐标系和进行坐标系转换,推导了航空相
机的视轴稳定方程。通过定量分析证明了利用两轴陀螺配置进行主动控制能够满
足所提出的视轴稳定精度要求。对视轴稳定具体实现可以采取的技术途径作了讨
论,确定了航空相机工作方式,其中采用了基于机械传动的视轴重构技术实现航
空相机俯仰轴的视轴稳定。
在采用的视轴稳定系统中,将采用钢带传动实现反射镜轴和陀螺轴的1:2 传
动,这是本航空相机的一个特点。因此钢带传动机构的传动精度是主动控制系统
能否达到所提出的视轴稳定精度的关键要素。本文设计了一个钢带传动机构,对
机械加工以及弹性滑动对传动精度造成的影响进行了定量分析。并且对宏观打滑
和空回等可能出现的传动失效问题进行了分析和讨论,提出了相应的解决方法。
考虑到钢带传动机构所处的振动环境,对钢带传动机构进行动力学特性研究
是相当必要的。本文对钢带传动机构的纵向振动固有频率和造成的张力波动进行
了分析和讨论,通过建立轴向运动连续体的分析模型计算了钢带横向振动固有频率。针对横向振动固有频率较低的问题,提出了采用浮动张紧轮的解决方法。用
瑞利-里兹法对带张紧轮的钢带横向振动固有频率进行了分析,根据分析结果优化
了设计参数,并用有限元分析对结果进行了验证。结果表明,引入浮动张紧轮可
以有效提高钢带横向振动的固有频率,减小张力波动造成的固有频率变化,提高
钢带传动机构的稳定性和可靠性。
最后进行了动态成像模拟实验,用步进电机驱动反射镜运动实现了视轴运动
的方式模拟动态成像过程。通过对标靶进行拍摄,将获取的图像与动态像质评价
方法得出的结果进行了对比,发现拍摄获得的动态图像像质和相应的像质评价方
法结果基本吻合,验证了本文提出的像质评价方法。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/557
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廖靖宇. 航空相机动态像质评价与视轴稳定技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011.
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