多光谱多光轴准直技术研究

【摘要】在现代军用光电系统中,不再是只存在单一谱段的军用武器设备,而是形成了集可见光、激光和红外为一体的多光谱的综合应用。因此,光电系统中的电视观瞄轴、红外观瞄轴、激光测距发射光轴等多光轴的一致性就直接决定了对目标信息探测与获取的准确度。为了实现快速、准确的校准机载多光谱光电跟踪设备中多光轴的一致性,设计了一种基于卡塞格林式的光轴一致性校准系统。该系统使用卤素灯作为可见光光源,黑体作为红外光源,ZnS玻璃为基底的圆孔型分划板提供无穷远目标,系统通光孔径为200mm,焦距为1500mm,轴上点出射光平行性优于10”,满足多光谱多光轴的一致性检测中1’的要求。1、针对光学准直系统的特性,本文设计了无色差的反射式平行光管。通过对传统反射式平行光管的分析,设计了基于卡塞格林的准直光学系统；采用ZEMAX光学设计软件,对光学系统进行了初始结构的解算和优化设计,最终设计出一个口径为200mm,焦距为1500mm,双曲面型主镜和双曲面型次镜组成的共轴改进型卡塞格林光学系统。该系统选用MTF作为像质评价的方法,更具可靠性与客观性。评价结果显示像质均匀,可见光在110线对处的MTF值接近0.4,中红外在15线对处MTF为0.4,系统分辨率满足探测器件探测使用要求。2、根据光学设计部分优化出来的结构参数,再参考已有仪器的尺寸设计,对准直系统给出了结构尺寸,并应用Solidworks三维软件对准直系统进行建模。装置外壳为圆筒形,主镜直径200mm,中心厚度25mm；副镜直径44mm,中心厚度4.5mm。主副镜距离234mm,通过垫圈微调两个透镜的相对位置,其中固定副镜的副镜座设计为三叶片式。在分划板部分,通过实验,采用了像亮度高,清晰,易于采集图像的圆孔型分划板。在无穷远目标发生器的设计部分,采用了复眼透镜组来增强光源的均匀性,这都为后来的图像采集带来了便利。3、本文实现了基于CCD技术的光斑质心算法,采用重心法来处理采集到的光斑图像,准确度高而且简单方便。可实现自动化检测,降低了人为因素的影响。实验采用Lumenera公司的Lu130型号的CCD,像素为1392×1040,像元尺寸为4.65×4.65μm,在CCD探测器的共轭位置放置分划目标系统,通过CCD采集由无穷远目标发生器产生的像,经过读取目标和背景、调整灰度值、滤波去噪、标记连通域、提取光斑位置的步骤,可得到光斑中心的坐标,进而得出被测系统的光轴一致性偏差。实验结果验证了该方法的可靠性与仪器的可行性。
【作者】杨璐；
【导师】纪小辉；
【作者基本信息】西安工业大学，光学工程，2014，硕士
【关键词】光轴一致性；多光谱反射式平行光管；光斑位置解算；

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