高空CCD线阵相机地面检测系统的研究
编号 本科生毕业设计高空CCD线阵相机地面检测系统的研究Study on the ground detection system of high altitude CCD linear array camera学生 姓 名专 业机械电子工程学 号指导 教 师学 院机电学院 二一五年六月 长春理工大学本科毕业设计毕业设计（论文）原创承诺书1本人承诺：所呈交的毕业设计（论文） 高空CCD线阵相机地面检测系统的研究，是认真学习理解学校的长春理工大学本科毕业设计（论文）工作条例后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。2本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。3在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。以上承诺的法律结果将完全由本人承担！ 作 者 签 名： 年 月日摘要 高空相机是为适应不断发展的侦查任务而产生的一种先进的机载设备，对其参数测量一次要花销大量精力财力，因此需要一种能模拟飞行环境检测相机性能的系统，降低低测试成本，本课题便是基于此种设想而产生。分辨率是判断高空相机性能好坏的主要参数，其中对动态分辨率的测试更是首当其冲且较难测量的指标。本文首先介绍了高空相机分辨率测试基础理论根据，并着重说明了动态检测方法思想；其次详细说明了系统的总体结构设计，其中包含无限远动态目标发生装置、相机稳定平台及动态图形发生系统以及机械结构的设计；而后论述了两个关键技术单元即无线远动态目标发生装置和相机稳定平台的设计以及光学系统的构成和详细设计过程。最后介绍了系统图像处理和综合控制系统的总体设计方案。关键词：CCD高空相机 平行光管 无限远动态目标 图像处理IAbstract Aerial camera is an advanced airborne equipment which is produced by the investigation task which is adapted to the development of the continuous development，To measure the parameters of a secondary spending a lot of energy and money，Therefore, it is a system that can simulate the camera performance of the flight environment, and reduce the cost of the test. This topic is based on this assumption.Resolution is the main parameter to judge the performance of the airborne camera，among them, the dynamic resolution of the test is the first and more difficult to measure the index。This paper firstly introduces the basic theory of the airborne camera resolution testing, and is divided into two kinds of static and dynamic，And it mainly explains the dynamic detection method Secondly, the overall structure of the system is described in detail，Which contains the infinite and far dynamic target, the camera stable platform and the dynamic graphics and the mechanical structure design；Then the paper discusses the design of the two key technologies, namely, the wireless remote dynamic target and the stability platform of the camera, and the composition and detailed design of the optical system.Finally, the overall design of the system image processing integrated control system is introduced.Key words：CCD aerial camera ；Parallel light tube ；Infinite dynamic target；Image processing目录摘要IAbstractII目录III第一章 绪论11.1 课题研究的目的与意义11.2国内外研究现状11.2.1高空CCD相机的发展状况11.2.2 CCD高空相机的检测技术的发展状况21.3 本课题主要的研究内容21.4主要技术指标3第二章CCD相机模拟系统的工作原理42.1 CCD高空相机的工作原理42.2光学系统衍射极限分辨率的判据42.3相机的动态分辨率测试原理5第三章 总体结构设计73.1总体设计方案73.1.1系统功能要求73.1.2系统的总体构成73.1.3各组成子系统的参数规范83.2 CCD高空相机悬吊结构设计83.3 无限远目标发生装置的设计93.4动态图形发生系统的设计103.5分辨率靶标的设计10第四章 光学系统的设计124.1平行光管设计124.2光源的分析与设计17第五章 数字图像处理的研究195. 1数字图像处理系统简介195.1.1数字图像处理技术的研究内容195.2图像合成205.3 图像移动21第六章 控制系统的整体设计226.1系统控制柜设计226.2系统模拟软件设计23结论24参考文献25致谢26IV第一章 绪论 1.1 课题研究的目的与意义高空相机是侦查载体中的重要设备，是安装在高空器上对地面摄影的精密光学仪器。由于高空侦察具有时效性强、准确度高、侦察范围广、机动灵活、针对性强的特点，既可克服地面侦察受地球曲率和地形障碍物对视线的限制和较强的危险性，又可弥补卫星侦察的细节和时效不足。所以，目前它仍是获取战术情报的基本和有效手段。各国出于战争的需要积极发展高空相机，应用较为普遍的是高空CCD相机。设备的研制与检测设备的配套是分不开的，随着高空CCD相机的发展，其相应的检测设备也应运而生。相机性能检测系统用于检测相机的成像指标，最重要的检测指标之一就是其动态分辨率的检测。高空相机以飞机作为载体，对于相机的检测而言，动用一次飞机进行检测会浪费很大的物力、财力和人力，为此在实验室内检测就成为相机检测的有效手段，相机检测系统也在此基础上运用而生。分辨率是高空相机的一项重要指标，也是检测系统所要检测的重要指标。由于相机是挂载在飞机上，所以动态分辨率的检测是重点检测内容。国内已经有相机检测系统，但设备比较老旧，跟不上相机的发展速度，为检测新型相机我们必须要有能适应现代相机的检测装置。于是将高度逼真的模拟飞机飞行状态的仿真测试系统用于检测高空相机的成像指标成为大势所趋，其中动态分辨率被视为重中之中。1.2国内外研究现状1.2.1高空CCD相机的发展状况CCD高空相机还没出现之前，高空相机主要由胶片记录图像称之为胶片式高空相机。胶片式高空相机最早出现在20世纪30年代，一战期间英国的C型高空相机装备在BE2C侦查机上，在战争侦查方面发挥了重大作用。1922年，美国研制出了STR工PCAMERA胶片式相机，自此以后胶片式航空相机走上了大规模研发生产的道路。到了20世纪70年代中期，开始出现了真正意义上的CCD高空相机。第一台CCD高空相机是工TEK公司研制出的型号为KA102A/EO，是由KA102A经过改装后的胶片和CCD两用的高空相机。它采用折射式光学系统，系统的焦距为1680mm，数值孔径为1/4，视场角3. 9度，有5片1728像素单元的CCD，最高的像元分辨力可以达到1680m。这就是第一代高空相机的雏形，采用线阵CCD推扫式的工作原理。20世纪80年代后期，代表了当时高空CCD相机最先进水平的ES250轻型高空相机问世，同样出自工TEK公司。它同样是基于推扫式的扫描工作原理，使用了时间延迟积分CCD器件，这种器件当时可以达到10000像元，大大提高了高空CCD相机的分辨能力。第3代的CCD高空相机以光电分幅技术为代表，例如ROL公司的CA系列高空相机，其中CA-295可以进行双波段同时一或者分别拍照，可谓当今最先进的高空相机之一。在光学系统方面第3代的高空相机普遍采用了施密特或者卡塞格林类的系统。例如美国工TEK公司的LOROP相机光路，采用了基于卡塞洛林系统的折射一反射光学系统。焦距为1. 82m，相对孔径1/3. 65，全视场角1. 9度，分变角32弧度。在提高分辨能力的同时减小了外形尺寸。我国在CCD高空相机的研制方面起步较晚，技术上也相对落后。但随着几代科研人员的不懈努力，和科学技术的不断发展，我国的CCD高空相机不断托陈出新，己经能独立自主研发多种型号的高空CCD相机。1.2.2 CCD高空相机的检测技术的发展状况随着现代科技的突飞猛进，光电检测检测技术在各种精密仪器仪表检测起到的作用越来越明显和不可替代。光电检测技术有着精度高、非接触、无损坏、快速且不受环境因素的影响适应能力极强。基于上述优点，高空CCD相机的仿真检测也首选光电检测技术。运用计算机技术和数字图像处理技术队采集到的目标图像和进行识别和处理，从而获得基本数据，用以计算计算机电视系统的分辨率，继而再计算出系统的分辨率。1.3 本课题主要的研究内容传统的动态分辨率检测系统主要由无限远动态目标发生系统和模拟飞机飞行姿态的稳定平台系统组成。其中，无限远动态目标发生装置由平行光管、分辨率板和直线运动装置构成。整个动态分辨率检测系统涉及到的关键技术主要包括:无限远动态目标发生技术、直线运动控制技术和
