專利名稱：適用于tdi相機(jī)的景物模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(jī)的景物模擬器。
背景技術(shù)：
利用航空遙感技術(shù)進(jìn)行地面檢測(cè)時(shí)，需要事先對(duì)相機(jī)進(jìn)行精確檢測(cè)。TDI (Time Delay htegration，時(shí)間延遲積分)相機(jī)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(jī)是一種線陣相機(jī)，與普通的線陣相機(jī)相比，由于其采用了多行 TDI模式進(jìn)行曝光，使其靈敏度比普通的線陣航空相機(jī)高得多。但也正是因?yàn)檫@種TDI模式，使其使用時(shí)序要求比普通的線陣航空相機(jī)要嚴(yán)格得多。對(duì)普通的線陣航空相機(jī)來說，當(dāng)其行頻與速高比不匹配時(shí)，只是圖像在比例上會(huì)有相應(yīng)的壓縮，但對(duì)TDI相機(jī)來說，不匹配的后果是圖像質(zhì)量嚴(yán)重下降，分辨率大大降低。對(duì)96級(jí)TDI相機(jī)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(huì)降低到原分辨率的1/96?，F(xiàn)有的相機(jī)檢測(cè)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(tái)等價(jià)格昂貴且環(huán)境條件要求苛刻的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備來搭建以產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的模擬景物，一旦檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的條件受到限制，就無法實(shí)施檢測(cè)，故存在搭建復(fù)雜、實(shí)施困難的問題。由此產(chǎn)生了一種對(duì)推掃相機(jī)實(shí)施檢測(cè)，又不對(duì)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)有特殊要求的景物模擬器，如專利號(hào)為 201020115860. 7、專利權(quán)人為中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所、名稱為適用于動(dòng)態(tài)推掃及靜態(tài)成像相機(jī)的無窮遠(yuǎn)目標(biāo)景物模擬器的實(shí)用新型專利，該景物模擬器包括光學(xué)鏡頭、移動(dòng)分劃板組件和光源，移動(dòng)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(dòng)分劃板組件包括平移臺(tái)和分劃板，平移臺(tái)帶動(dòng)分劃板按照一定的速率勻速移動(dòng)，模擬無窮遠(yuǎn)目標(biāo)的勻速移動(dòng)，該移動(dòng)目標(biāo)即可作為推掃相機(jī)檢測(cè)時(shí)的模擬景物， 該景物模擬器針對(duì)的僅是普通推掃相機(jī)的檢測(cè)。由于分劃板沿光學(xué)鏡頭的焦平面做直線運(yùn)動(dòng)，若稍有偏離則會(huì)影響相機(jī)測(cè)試性能，無法滿足精確測(cè)試高靈敏度的TDI相機(jī)的動(dòng)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(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有的采用平行光管及高精度轉(zhuǎn)臺(tái)的景物模擬器價(jià)格昂貴、實(shí)施困難，而采用移動(dòng)分劃板組件的景物模擬器無法滿足精確測(cè)試高靈敏度的TDI相機(jī)的動(dòng)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(jī)的景物模擬器，能夠?qū)崿F(xiàn)TDI相機(jī)對(duì)物體的成像，滿足精確測(cè)試TDI相機(jī)的動(dòng)態(tài)成像性能的要求，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種適用于TDI相機(jī)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(jī)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(biāo)，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(gè)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(jī)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(jī)和CPLD，所述控制電機(jī)與滾筒的中心軸相連。所述滾筒控制器還包括單片機(jī)，所述單片機(jī)與CPLD相連。本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下本實(shí)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(jī)及TDI相機(jī)配套鏡頭固定于平行光管的輸出端，由于待成像的靶標(biāo)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(biāo)通過平行光管的輸入端并在平行光管的焦平面進(jìn)行掃描，經(jīng)平行光管輸出至鏡頭，從而在TDI相機(jī)成像，實(shí)現(xiàn)了 TDI相機(jī)對(duì)待成像靶標(biāo)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(biāo)隨之運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)TDI相機(jī)對(duì)物體的動(dòng)態(tài)成像，故能夠滿足精確測(cè)試高靈敏度的TDI相機(jī)動(dòng)態(tài)成像性能的要求，解決了現(xiàn)有的采用移動(dòng)分劃板組件的景物模擬器僅能對(duì)推掃相機(jī)進(jìn)行測(cè)試，無法滿足精確測(cè)試高靈敏性的TDI相機(jī)的動(dòng)態(tài)成像性能的要求的問題，而且無需設(shè)置價(jià)格昂貴的能夠仿真地球旋轉(zhuǎn)的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，降低了成本，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配方便。

圖1為本實(shí)用新型景物模擬器實(shí)施例一的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型景物模擬器實(shí)施例一的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型景物模擬器實(shí)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(jī)聯(lián)合工作原理圖。圖中各標(biāo)號(hào)列示如下I-TDI相機(jī)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(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說明。圖1和圖2分別為本實(shí)用新型景物模擬器實(shí)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(jī)、CPLD (Complex Programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件)和單片機(jī)。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(jī)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(biāo)，該靶標(biāo)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(qiáng)成像物體的對(duì)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(shí)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(shí)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(jī)連接，作為轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，另一部分的中心軸外部與一個(gè)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(dòng)過程中光源6及管型軸不隨滾筒4轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jī)玻璃或塑膠材料等制作成透光帶5。本實(shí)用新型所涉及的景物模擬器適用于TDI相機(jī)，如選擇TDI C⑶遙感相機(jī)，鏡頭 2為TDI相機(jī)配套鏡頭，TDI相機(jī)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(jī)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(cè)試TDI CCD相機(jī)的MTF (Modulation Transfer Function，調(diào)制傳遞函數(shù)) 進(jìn)行圖像的反差和測(cè)試靶標(biāo)分析就需要較小間距的線對(duì)；而較大的焦距，圖像的縮小比較大，為了清晰成像，對(duì)貼靶標(biāo)的滾筒4的直徑要求也較大。待成像的靶標(biāo)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(jìn)行掃描，最終通過鏡頭2及TDI相機(jī)靶面1實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)行勻速圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)TDI相機(jī)對(duì)物體的動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速的反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)滾筒4 的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，采用編碼器監(jiān)測(cè)控制電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)數(shù)，一定的脈沖個(gè)數(shù)作為尺度值，并作為編碼器信號(hào)反饋至TDI相機(jī)靶面1。TDI相機(jī)靶面1由TDI CXD相機(jī)焦平面組件形成，圖1左端箭頭方向?yàn)樾邢袼匾苿?dòng)方向。通過編碼器信號(hào)來同步TDI CCD相機(jī)的行像素轉(zhuǎn)移，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)不會(huì)影響圖像的清晰度，只會(huì)影響圖像行與行之間的明暗度，因此控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)作為動(dòng)力元件。直流電機(jī)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(xiàng)目的應(yīng)用中，控制電機(jī)的控制精度要求不大，且在正常工作時(shí)不要求控制電機(jī)變速運(yùn)動(dòng)，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(jiǎn)單的速度單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。針對(duì)速度控制的單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法為PWM 調(diào)速，即通過改變PWM波的占空比來實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的調(diào)速，進(jìn)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(jī)聯(lián)合工作原理圖采用CPLD對(duì)編碼器脈沖進(jìn)行高頻計(jì)數(shù)并折算出控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度；CPLD與單片機(jī)的SPI 口相連，將控制電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳給單片機(jī)；單片機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)PI控制器，以設(shè)定轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為輸入，計(jì)算得到控制電機(jī)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(shí)用新型涉及的景物模擬器主要用于TDI相機(jī)的成像和動(dòng)態(tài)MTF測(cè)試。該景物模擬器具有兩種成像模式單TDI相機(jī)成像和雙TDI相機(jī)成像。單TDI相機(jī)成像模式主要用于檢查TDI相機(jī)的成像質(zhì)量，雙TDI相機(jī)成像模式即同時(shí)采用兩臺(tái)并排設(shè)置的TDI相機(jī)，主要用于確定兩臺(tái)TDI相機(jī)之間成像延時(shí)時(shí)間。 應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)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(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)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(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)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(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種適用于TDI相機(jī)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(jī)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(biāo)，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(gè)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(jī)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(jī)和 CPLD，所述控制電機(jī)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(jī)，所述單片機(jī)與CPLD相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種適用于TDI相機(jī)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(jī)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(biāo)，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(jī)對(duì)物體的成像，滿足精確測(cè)試TDI相機(jī)的動(dòng)態(tài)成像性能的要求，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01C25/00GK202092660SQ20112021121
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京凌云光視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司