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適用于tdi相機的景物模擬器的制作方法

文檔序號:5916653閱讀:274來源:國知局
專利名稱:適用于tdi相機的景物模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種景物模擬器,特別是一種應(yīng)用于航空遙感領(lǐng)域適用于TDI相機的景物模擬器。
背景技術(shù)
利用航空遙感技術(shù)進行地面檢測時,需要事先對相機進行精確檢測。TDI (Time Delay htegration,時間延遲積分)相機由于具有高靈敏度特性,在航空遙感領(lǐng)域取得越來越廣泛的應(yīng)用,TDI相機是一種線陣相機,與普通的線陣相機相比,由于其采用了多行 TDI模式進行曝光,使其靈敏度比普通的線陣航空相機高得多。但也正是因為這種TDI模式,使其使用時序要求比普通的線陣航空相機要嚴格得多。對普通的線陣航空相機來說,當(dāng)其行頻與速高比不匹配時,只是圖像在比例上會有相應(yīng)的壓縮,但對TDI相機來說,不匹配的后果是圖像質(zhì)量嚴重下降,分辨率大大降低。對96級TDI相機來說,如果其行頻偏離理想行頻超過1%,其推掃方向圖像分辨率可能會降低到原分辨率的1/96?,F(xiàn)有的相機檢測方法通常是采用平行光管及能夠仿真地球旋轉(zhuǎn)的高精度轉(zhuǎn)臺等價格昂貴且環(huán)境條件要求苛刻的光學(xué)檢測設(shè)備來搭建以產(chǎn)生相對運動的模擬景物,一旦檢測現(xiàn)場的條件受到限制,就無法實施檢測,故存在搭建復(fù)雜、實施困難的問題。由此產(chǎn)生了一種對推掃相機實施檢測,又不對檢測現(xiàn)場有特殊要求的景物模擬器,如專利號為 201020115860. 7、專利權(quán)人為中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所、名稱為適用于動態(tài)推掃及靜態(tài)成像相機的無窮遠目標景物模擬器的實用新型專利,該景物模擬器包括光學(xué)鏡頭、移動分劃板組件和光源,移動分劃板組件設(shè)置于光學(xué)鏡頭和光源之間,光源和光學(xué)鏡頭在同一光軸上,移動分劃板組件包括平移臺和分劃板,平移臺帶動分劃板按照一定的速率勻速移動,模擬無窮遠目標的勻速移動,該移動目標即可作為推掃相機檢測時的模擬景物, 該景物模擬器針對的僅是普通推掃相機的檢測。由于分劃板沿光學(xué)鏡頭的焦平面做直線運動,若稍有偏離則會影響相機測試性能,無法滿足精確測試高靈敏度的TDI相機的動態(tài)成像性能的要求,因此必需研制高同步精度的專用景物模擬器。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有的采用平行光管及高精度轉(zhuǎn)臺的景物模擬器價格昂貴、實施困難,而采用移動分劃板組件的景物模擬器無法滿足精確測試高靈敏度的TDI相機的動態(tài)成像性能的要求的問題,提供一種新型的適用于TDI相機的景物模擬器,能夠?qū)崿F(xiàn)TDI相機對物體的成像,滿足精確測試TDI相機的動態(tài)成像性能的要求,同時具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的優(yōu)點。本實用新型的技術(shù)方案如下一種適用于TDI相機的景物模擬器,其特征在于,包括鏡頭、平行光管、滾筒、光源和滾筒控制器,所述平行光管設(shè)置于鏡頭和滾筒之間,所述鏡頭為TDI相機配套鏡頭,所述鏡頭設(shè)置于平行光管的輸出端,鏡頭、平行光管和光源在同一光軸上,滾筒的中心軸與光軸垂直且中心軸與滾筒控制器相連,在滾筒側(cè)表面上繞滾筒中心軸環(huán)形設(shè)置有透光帶,所述透光帶上貼有待成像的靶標,所述光源設(shè)置于滾筒內(nèi)部并通過透光帶面向平行光管的輸入端。所述滾筒的中心軸外部通過軸承套接一個固定的管型軸,所述光源設(shè)置于管型軸上。所述滾筒水平設(shè)置或豎直設(shè)置。所述透光帶為有機玻璃或塑膠材料制成。所述光源為環(huán)形發(fā)光二極管光源,所述光源亮度可調(diào)。所述滾筒控制器包括控制電機和CPLD,所述控制電機與滾筒的中心軸相連。所述滾筒控制器還包括單片機,所述單片機與CPLD相連。本實用新型的技術(shù)效果如下本實用新型涉及的景物模擬器,包括鏡頭、平行光管、滾筒、光源和滾筒控制器,采用平行光管作為主要的光線變換部件,將TDI相機及TDI相機配套鏡頭固定于平行光管的輸出端,由于待成像的靶標貼于滾筒的透光帶,光源設(shè)置于滾筒內(nèi)部并通過透光帶面向平行光管的輸入端,故待成像的靶標通過平行光管的輸入端并在平行光管的焦平面進行掃描,經(jīng)平行光管輸出至鏡頭,從而在TDI相機成像,實現(xiàn)了 TDI相機對待成像靶標的成像,滾筒在滾筒控制器的作用下繞中心軸旋轉(zhuǎn),待成像的靶標隨之運動,實現(xiàn)TDI相機對物體的動態(tài)成像,故能夠滿足精確測試高靈敏度的TDI相機動態(tài)成像性能的要求,解決了現(xiàn)有的采用移動分劃板組件的景物模擬器僅能對推掃相機進行測試,無法滿足精確測試高靈敏性的TDI相機的動態(tài)成像性能的要求的問題,而且無需設(shè)置價格昂貴的能夠仿真地球旋轉(zhuǎn)的高精度轉(zhuǎn)臺,降低了成本,且結(jié)構(gòu)簡單,裝配方便。

圖1為本實用新型景物模擬器實施例一的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型景物模擬器實施例一的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型景物模擬器實施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為滾筒控制器中的CPLD與單片機聯(lián)合工作原理圖。圖中各標號列示如下I-TDI相機靶面;2-鏡頭;3-平行光管;4_滾筒;5_透光帶;6_光源;7_滾筒控制器。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型進行說明。圖1和圖2分別為本實用新型景物模擬器實施例一的俯視和主視結(jié)構(gòu)示意圖,該景物模擬器包括鏡頭2、平行光管3、滾筒4、光源6和滾筒控制器7,滾筒控制器7包括依次連接的控制電機、CPLD (Complex Programmable Logic Device,復(fù)雜可編程邏輯器件)和單片機。平行光管3設(shè)置于鏡頭2和滾筒4之間,鏡頭2設(shè)置于平行光管3的輸出端,鏡頭2、 平行光管3和光源6在同一光軸上,滾筒4的中心軸與光軸垂直且其中心軸與控制電機相連,在滾筒4側(cè)表面上繞滾筒4的中心軸環(huán)形設(shè)置有透光帶5,在透光帶5上貼有待成像的物體作為靶標,該靶標可分布于滾筒4上的透光帶5的內(nèi)側(cè)或外側(cè),為了加強成像物體的對比度,不采用反射光源方式,而采用滾筒4內(nèi)置光源6的投射方式,即形成滾筒4內(nèi)部給光的方式,光源6設(shè)置于滾筒4內(nèi)部并通過透光帶5面向平行光管3的輸入端。圖1和圖2所示的景物模擬器實施例一為豎直設(shè)置的滾筒4,滾筒4還可以水平設(shè)置,如圖3所示的景物模擬器實施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖。滾筒4的加工可分為兩部分,一部分的中心軸用軸套與控制電機連接,作為轉(zhuǎn)動驅(qū)動,另一部分的中心軸外部與一個內(nèi)空的管型軸通過軸承套接,這兩部分通過四根塑膠棒連接成一體。光源6設(shè)置于管型軸上,光源6優(yōu)選為環(huán)形發(fā)光二極管光源,且光源亮度可調(diào),光源6通過管型軸插入滾筒4內(nèi)部,在滾筒4的轉(zhuǎn)動過程中光源6及管型軸不隨滾筒4轉(zhuǎn)動,光源6的光始終射向平行光管3的方向。滾筒通過四根塑膠棒連接的部分可設(shè)置有機玻璃或塑膠材料等制作成透光帶5。本實用新型所涉及的景物模擬器適用于TDI相機,如選擇TDI C⑶遙感相機,鏡頭 2為TDI相機配套鏡頭,TDI相機及配套鏡頭2固定于平行光管3的輸出端。平行光管3作為主要的光線變換機構(gòu),平行光管3的焦距就決定了圖像的放大倍數(shù),較小的焦距,圖像的縮小比較小,要測試TDI CCD相機的MTF (Modulation Transfer Function,調(diào)制傳遞函數(shù)) 進行圖像的反差和測試靶標分析就需要較小間距的線對;而較大的焦距,圖像的縮小比較大,為了清晰成像,對貼靶標的滾筒4的直徑要求也較大。待成像的靶標通過平行光管3的輸入端并在平行光管3的焦平面位置進行掃描,最終通過鏡頭2及TDI相機靶面1實現(xiàn)對物體的成像。滾筒4在滾筒控制器7的作用下繞中心軸勻速旋轉(zhuǎn),待成像的物體隨之進行勻速圓周運動,實現(xiàn)TDI相機對物體的動態(tài)成像。滾筒控制器7中各器件工作原理是通過控制電機轉(zhuǎn)速的反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)滾筒4 的勻速轉(zhuǎn)動,采用編碼器監(jiān)測控制電機的轉(zhuǎn)速,在滾筒4的透光帶5上按等位方式印上線條形成光碼盤,控制電機驅(qū)動滾筒4旋轉(zhuǎn),光碼盤同步旋轉(zhuǎn),線條阻光,兩線條之間的空隙透光,從而輸出脈沖個數(shù),一定的脈沖個數(shù)作為尺度值,并作為編碼器信號反饋至TDI相機靶面1。TDI相機靶面1由TDI CXD相機焦平面組件形成,圖1左端箭頭方向為行像素移動方向。通過編碼器信號來同步TDI CCD相機的行像素轉(zhuǎn)移,控制電機的轉(zhuǎn)速波動不會影響圖像的清晰度,只會影響圖像行與行之間的明暗度,因此控制電機的轉(zhuǎn)動速度的控制精度不需要太高。為此可采用低成本的永磁直流有刷電機作為動力元件。直流電機調(diào)速可分為速度單閉環(huán)調(diào)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速。由于在全景項目的應(yīng)用中,控制電機的控制精度要求不大,且在正常工作時不要求控制電機變速運動,因此不采用復(fù)雜的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),而采用較為簡單的速度單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。針對速度控制的單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的最簡單的實現(xiàn)方法為PWM 調(diào)速,即通過改變PWM波的占空比來實現(xiàn)控制電機的調(diào)速,進而控制滾筒4的轉(zhuǎn)速。圖4為滾筒控制器7中的CPLD與單片機聯(lián)合工作原理圖采用CPLD對編碼器脈沖進行高頻計數(shù)并折算出控制電機轉(zhuǎn)動速度;CPLD與單片機的SPI 口相連,將控制電機的實時轉(zhuǎn)動速度傳給單片機;單片機內(nèi)部設(shè)計一個PI控制器,以設(shè)定轉(zhuǎn)速和控制電機的實時轉(zhuǎn)動速度為輸入,計算得到控制電機的PWM占空比,并通過SPI 口傳輸給CPLD ;CPLD根據(jù)此占空比輸出相應(yīng)的控制PWM。本實用新型涉及的景物模擬器主要用于TDI相機的成像和動態(tài)MTF測試。該景物模擬器具有兩種成像模式單TDI相機成像和雙TDI相機成像。單TDI相機成像模式主要用于檢查TDI相機的成像質(zhì)量,雙TDI相機成像模式即同時采用兩臺并排設(shè)置的TDI相機,主要用于確定兩臺TDI相機之間成像延時時間。 應(yīng)當(dāng)指出,以上所述具體實施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造,但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此,盡管本說明書參照附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進行了詳細的說明,但是,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改或者等同替換,總之,一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種適用于TDI相機的景物模擬器,其特征在于,包括鏡頭、平行光管、滾筒、光源和滾筒控制器,所述平行光管設(shè)置于鏡頭和滾筒之間,所述鏡頭為TDI相機配套鏡頭,所述鏡頭設(shè)置于平行光管的輸出端,鏡頭、平行光管和光源在同一光軸上,滾筒的中心軸與光軸垂直且中心軸與滾筒控制器相連,在滾筒側(cè)表面上繞滾筒中心軸環(huán)形設(shè)置有透光帶,所述透光帶上貼有待成像的靶標,所述光源設(shè)置于滾筒內(nèi)部并通過透光帶面向平行光管的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景物模擬器,其特征在于,所述滾筒的中心軸外部通過軸承套接一個固定的管型軸,所述光源設(shè)置于管型軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的景物模擬器,其特征在于,所述滾筒水平設(shè)置或豎直設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的景物模擬器,其特征在于,所述透光帶為有機玻璃或塑膠材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景物模擬器,其特征在于,所述光源為環(huán)形發(fā)光二極管光源, 所述光源亮度可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景物模擬器,其特征在于,所述滾筒控制器包括控制電機和 CPLD,所述控制電機與滾筒的中心軸相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的景物模擬器,其特征在于,所述滾筒控制器還包括單片機,所述單片機與CPLD相連。
專利摘要本實用新型涉及一種適用于TDI相機的景物模擬器,包括鏡頭、平行光管、滾筒、光源和滾筒控制器,平行光管設(shè)置于鏡頭和滾筒之間,鏡頭為TDI相機配套鏡頭,鏡頭設(shè)置于平行光管的輸出端,鏡頭、平行光管和光源在同一光軸上,滾筒的中心軸與光軸垂直且中心軸與滾筒控制器相連,在滾筒側(cè)表面上繞滾筒中心軸環(huán)形設(shè)置有透光帶,透光帶上貼有待成像的靶標,光源設(shè)置于滾筒內(nèi)部并通過透光帶面向平行光管的輸入端。該景物模擬器能夠?qū)崿F(xiàn)TDI相機對物體的成像,滿足精確測試TDI相機的動態(tài)成像性能的要求,同時具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的優(yōu)點。
文檔編號G01C25/00GK202092660SQ20112021121
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者馮兵, 張勇, 楊佩君, 楊藝, 黃操 申請人:北京凌云光視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司
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