利用CCD摄像头测量航空相机的焦面信息

    1 引 言

    航空相机的焦面信息包括镜头的焦距和实际成像面是否在镜头的焦深范围内两个方面。透镜组的后主点到后主焦点的距离即为镜头的焦距,它是航空相机中重要的技术性能参数之一,精确测量焦距和判断实际成像面的位置具有重大的意义和实用价值。测量航空相机焦距的传统方法是借助于平行光管焦面上的刻线,依靠人眼用显微镜读数来进行,效率低、费时费力、人为因素影响较大及测量结构不稳定[1],且不能判断实际成像面的位置是否正确。

    CCD摄像头具有高灵敏度、高分辨率、高速度、宽光谱响应及测量的非接触性等优点,在测量领域中得到广泛应用[2~4]。CCD摄像头的电容耦合固体板,它是实现光电转化及实现图像数字化的关键器件,其由一些基本独立的光敏(或光电转化)单元以阵列的方式组成,这些光敏单元受光照时能产生电子,电子的数量与光照强度成比例,每个单元经过一定时间的感光和电荷积累,形成电荷像[5]。

    本文设计了一种利用面阵CCD摄像头测量航空相机焦面信息系统的结构,给出了计算公式。通过对不同航空相机的实际测量,建立了检测航空相机焦面信息的通用的、精确的方法。

    2 测量系统结构设计和测量原理

    2.1 结构设计

    系统结构如图1所示。作为目标的玻罗板位于准直物镜的焦平面上,准直物镜出射的平行光照射被测镜头,目标通过镜头成像在CCD摄像头上。CCD摄像头能做五维运动,其中沿轴向可以精确平移,它与微机图像处理连接,在显示器上可以看到清晰的影像。影像在CCD上产生的灰度值被采集下来,形成数值化文件,经过数据处理,确定出影像的大小和位置,从而计算出被测焦距和对实际成像面的位置做出判断。CCD摄像头精确平移的位移测量由光电位移传感器完成。

    2.2 测量原理

    航空相机镜头透镜焦距测量的方法中,放大率法[1]是目前最常用的方法,其基本测量光路如图2所示。

    固定物y1放置在准直物镜的前焦面上,成像于被测物镜的后焦面y2。利用几何关系,不难求出被测物镜焦距是

    式中,f1是准直物镜的焦距。

    固定物是作为目标的玻罗板,其上的两条亮线高度y1已知,而像长为

    y2= s(nc2-nc1) (2)

    式中:s是被测物镜焦面放置的CCD的光敏元尺寸;nc2、nc1是成像亮线中心在CCD上相应光敏源的序号。

    实际成像面与理想焦面之间的距离为K。当K的绝对值小于焦深时,说明实际成像面位置正确;当K的绝对值大于焦深时,则说明实际成像面位置不正确。