光电跟踪测量系统中调光机构的设计

　　光电跟踪测量系统的主要任务是根据目标和背景光的亮暗变化，经光学成像系统使焦面上的照度发生相应变化，从而获得清晰的实况图像。在光学系统设计之初即以某一特定条件作为设计输入，根据目标与背景的对比度和景物远近以及视场的要求确定焦距及相对孔径[1]。但是在有些条件下，背景光是变化莫测的，尤其是在靶场和航天测量过程中有很多不确定因素无法事先验证。为了克服天空背景的多样性，所以要求光学仪器具有调光功能，以此来扩大光学仪器的动态调光范围[2，3]。

　　1 理论基础

　　对于图像接收器，曝光量代表光敏面所接收到的总辐射量，用 表示，它是光敏面所受光照度和曝光时间 的乘积，即

　　一般把光照度 表示成

　　式中， 为成像系统的特性参数，表示系统中除相对孔径以外影响像面照度的因子; 为景物的光亮度。

　　由于系统在室外环境中使用，其光学系统物面在无穷远， 可表示为

　　式中， 为光学系统透过率。

　　光学系统入瞳直径 与可变光阑直径 之间的关系为

　　式中， 为可变光阑通过它前边的光学镜组成像时的垂轴放大率。

　　由于可变光阑放在孔径光阑的位置，所以有

　　由上式可知可以通过调整系统透过率 和可变光阑直径 以及曝光时间 而达到改变光敏面所接收的总光通量 的目的。它们分别对应滤光片调光，可变光阑调光及摄像机本身自带的电子快门调光。滤光片调光又分为连续调光和分档调光两种。密度盘就是滤光片连续调光的一种形式。可变光阑调光是通过改变入瞳口径来改变相对孔径实现调光的，主要是限制通光量。相对孔径是光学系统中非常重要的参数，它的改变还涉及到分辨率等参数的变化。电子快门调光是通过光照的积分时间来改变像面照度的。

　　2 调光系统设计

　　本系统主要由光学系统、可变光阑、密度盘、像面附近的光敏电阻、带电子快门的摄像机、随动触发系统等组成，系统组成框图如图 1 所示。

　　其工作原理是：在光学系统的适当位置放置一个光敏电阻，实时监测进入光学系统的光能量，并将光敏电阻输出的电压信号转变为控制信号，控制相应电路实时调节可变光阑孔径大小和密度盘的透过率。通过改变光阑孔径大小和密度盘来控制照射到摄像机光敏面的光照度：当光强度增大时，相应转动密度盘逐渐降低透过率。当密度盘的调光作用不足以降低光照度时，由随动触发系统发出指令控制可变光阑，该指令带动可变光阑通光口径的减小。相反地，当光强度减弱时，逐渐增大密度盘的透过率，当密度盘的全透位置都不足以增大光照度时，以同样的随动触发系统发出指令控制可变光阑，躯动可变光阑增大通光孔径使更多的光线进入光路。在这一系列调整过程中，光敏电阻监测的光照度经光电转换成的控制信号起到了中枢控制的作用。根据上述原理，设计了相应的机构,可变光阑调光组件由五部分组成，如图 2 所示