一款大靶面消热差鱼眼镜头设计

为了满足信息化时代对高清鱼眼镜头的应用需求,利用CODE V和Zemax光学软件设计了一款匹配16 mm(1英寸)CCD的大孔径玻塑混合鱼眼镜头。该系统可在光谱为486 nm~656 nm以及850 nm范围内清晰成像,视场角为210°,F数2.0,焦距为4.1 mm,F-Theta畸变小于7%,边缘照度大于68%。常温下,该系统在奈奎斯特频率91 lp/mm处0.707视场MTF大于0.5,全视场MTF大于0.35。-40℃~+75℃状态下0.707视场MTF大于0.3,全视场MTF大于0.2,满足高低温环境下的使用要求。系统采用7片式玻塑混合的结构形式,具备大视场角、大靶面、大光圈等特征,可广泛应用于高清摄像、安防监控、工业生产等领域。

基于大靶面光幕靶的两类六光幕阵列测量原理

弹丸着靶坐标和飞行速度以及飞行方向角是外弹道测试中必测参数,本文针对四幕光幕靶和双光幕测速系统的不足,采用六个大靶面光幕靶,构造出了两类六光幕阵列结构。由作者首次提出的六幕光幕靶是文中所提基本结构的变形。所提六光幕阵列能同时完成着靶坐标、速度和速度方向三类参数的同时测试,是一类六光幕阵列的基本机构,其他结构可以通过光幕面的旋转平移得到。文中给出了两种六光幕阵列测量公式的详细推导。提出的六光幕阵列也可以用作自动报靶系统中的传感器。

基于大靶面光幕靶30mm口径弹丸速度测试技术

针对室内外全天候条件下用光幕靶测试大口径弹丸速度的需求,本文研究了一种新型大靶面光幕靶.采用红外发光二极管阵列作为发光光源,红外光电二极管线阵列组成接收装置,铝合金型材作为结构支撑架,构建的光幕靶探测区域面积最大可以到3 m×1 m,探测敏感面长度为1 m,且该长度可以任意扩展.文中给出了大靶面光幕靶的光幕结构以及电路的详细设计.用12.7 mm,14.5 mm以及30 mm弹丸进行了实弹试验验证,结果表明:设计的光幕靶能抗炮口火光的干扰,对无曳光或曳光较弱的的弹丸能可靠的工作.对曳光较强的弹丸尚无法测试,文中对该问题进行了分析,提出下一步工作思路.

大靶面探测光幕灵敏度分析与修正

为了解决室内10 m×10 m大靶面探测光幕灵敏度分布不均匀的问题,研究了镜头光幕探测传感器灵敏度分布规律。依据镜头式光度学理论,分析了影响光幕探测灵敏度的主要因素,建立探测灵敏度数学模型,获得幕面内不同位置的弹丸过幕信号幅值变化趋势。最终提出了灵敏度修正方案,通过改变光幕靶不同位置光源的发光亮度,来实现探测幕面内灵敏度分布均匀化。修正后的探测光幕采用气枪弹验证可知,灵敏度能满足大靶面灵敏度均匀化要求。

大靶面光幕靶背景光源状态监测与故障定位

针对室内10m×10m大靶面光幕测速系统配接的背景光源中个别LED发生闪烁故障,所引起光幕探测器持续输出误触发信号的问题,提出了大靶面光幕靶背景光源状态监测与故障定位方法。该方法采用线阵列相机配合光学镜头搭建光源状态监测装置,利用差影法获取目标图像行、列灰度特征值,快速提取目标图像中的缺陷,结合缺陷所占像素位置与光源模块结构对应像素数之间的转换关系,实现故障的精确定位。试验验证表明所提出的故障定位方法有效可行,故障定位精度优于5mm,为大靶面光幕测速系统的可靠工作提供技术保障。

基于区域分割的大靶面单目视觉测量技术

针对单目视觉测量大靶面时引起的畸变问题,结合仿射变换、透视变换原理,分析了镜头畸变产生的原因以及校正方法,提出了一种基于区域分割的大靶面单目视觉目标位置测量方法。使用线扫描激光器将待测的大靶面分割成许多小的区域,结合图像的畸变修正系数,将大靶面下数据的计算转化为局部区域计算问题。此方法不但避免了视场过大引起的图像边缘处的非线性失真,而且在局部区域内进行视觉并行计算可以提高运行效率。实验结果表明,采用区域分割进行大靶面的空间位置测量可以实现毫米级的测量精度。

原向反射式大靶面光幕探测灵敏度分布特性

为了解决光幕探测能力不足的问题,提出了一种基于原向反射原理的大靶面光幕探测方法,根据探测系统的测量原理,建立了灵敏度分布模型,揭示了探测系统的灵敏度分布规律。进行了仿真与实验,仿真与实验结果均表明:随着弹丸过幕坐标与入射角逐渐增大,系统探测灵敏度逐渐下降;随着弹丸直径逐渐增大,系统探测灵敏度随之增强。在设定的参数条件下,当靶面为4 m×4 m时,系统可对直径6 mm及其以上的弹丸探测,指标要求探测捕获率不小于98%,目前实验中还未发现漏测情况,可以实现全靶面有效探测;建立的探测灵敏度分布模型对工程实践具有指导意义。

室内大靶面光电立靶技术研究

针对目前已应用的测量弹着点坐标的光电靶存在靶面小、不适用于大弹径弹丸测量的问题。采用平行点激光光束形成10m×10m的大靶面光栅光幕立靶,以FPGA构成数据采集系统,通过计算机上位机坐标识别软件,得到弹着点坐标,并提出了提高大靶面系统灵敏度和测量准确度的措施。室内靶场实弹测量实验结果表明,该方案满足室内测量弹着点坐标的测量准确度。

大孔径大靶面昼夜型监控镜头光学系统设计

为了满足交通监控对图像质量不断提高的要求,设计了一款大孔径、大靶面、昼夜型光学系统。采用近对称结构,调整第一组元结构参数,平衡昼夜共焦面的设计思路,较好地控制了垂轴像差和离焦量,实现了大孔径、大靶面、昼夜型光学系统的设计要求。成像系统对可见光和近红外波长0.79μm进行了双重组结构优化设计,实现了日夜离焦量小于0.005mm,在空间频率为130lp/mm时,全视场MTF>0.3。对该光学系统进行容差分析和讨论,提出把控元件偏心公差可有效抑制由于生产制造使得实际成像和理论成像偏差过大等问题。

大靶面激光光幕测速系统灵敏度研究

弹丸飞行速度测试是武器研发、验收、定型阶段的重要评估指标。在使用大靶面激光光幕速度测试系统时,针对大靶面导致光幕面内光强分布不均匀、灵敏度差异过大这一问题,研究了影响光幕探测灵敏度的主要因素,通过建立灵敏度数学模型,分析了靶面内光强分布情况,计算并验证了靶面内极限位置灵敏度满足测试需求,同时配合使用狭缝光阑,削弱有效靶区内反射回来的光强差异性,提高有效靶区内灵敏度均匀性。结果表明,8m×8m靶面有效靶区内灵敏度均满足探测需求,利用狭缝光阑能够有效提高靶面内灵敏度均匀性。

大视场大靶面长波无热化光学系统设计

大视场、大靶面、高像质、短总长、无热化,在同一光学系统中,这些优点是相互矛盾的存在。论文采用了反摄远式光学结构,设计了一个波段为8μm~12μm,视场64°×54°,F#=1,总长60mm的红外光学系统,系统采用非制冷型探测器,像元尺寸12μm、像元数1280pixel×1024pixel。系统共5片透镜,采用了三种长波红外材料搭配消热差,分别为硫化锌、硒化锌、IRG206,能够在-30℃~+65℃的工作温度范围之内清晰成像。论文分析了大视场光学系统像面照度不足的问题,推导出了新的像面照度公式,针对该设计,对像面照度进行了仿真,像面照度满足使用要求,系统f-θ曲线误差合理,公差分析满足加工制造要求。

平面镜反射式激光光幕靶测试技术研究

为解决分体式光幕靶结构易变形、靶面较小的不足,提出一种将发射和接收集成在一起的收发一体化激光光幕靶.采用线结构光半导体激光器作为发射光源,高反射率前表面反射镜作为反射装置,线性阵列红外光电二极管接收,构建了一种大靶面激光光幕靶.对有效光幕区内的光功率密度的分布进行了分析,在330 mm×400 mm靶面的原理样机上对气枪弹九穿过有效靶面波形进行了测试,给出了试验气枪弹丸过靶信号波形数据.平面反射式激光光幕靶原理正确可行,利用所提出的一体化光幕靶结构,选用适配激光光源可实现10 m×10 m面积的大区域光幕靶,满足光幕靶应用于常规弹丸测试要求.

反射式大面积光幕测速装置研究

介绍了一种基于反射式的大面积光幕测速装置,靶面的横向距离可达6 000mm,避免了现有弹丸测速区截装置测试区域小、安全距离近、容易损坏测速装置等缺点。该装置由激光光学系统、回归式反光材料(反光膜)及其固定支架、反射镜、光电探测器与处理电路组成。将激光光源投射到另一端的反光膜上,形成光幕探测区,当弹丸或破片穿过光幕时,引起光通量变化,通过测时仪或数据采集系统即可获得过靶速度。用7.62mm枪弹经与高精度的框架式800mm×800mm的光幕靶进行了比对试验,结果满足测量精度要求。试验证明:该装置具有靶面大、精度高、使用维护方便,成本低等显著优点,不仅能进行常规的弹丸速度测试,同时,也适用于破片、弹幕武器等的速度测量。

基于红外发光二极管和光敏元件阵列的光电靶

室内大靶面立靶精度测试系统一直是外弹道测试领域研究的热点。目前国内已出现的单靶面激光精度靶存在靶面增大后灵敏度不够、精度不高的问题。基于红外发光二极管和光敏元件阵列的光电靶可以提高灵敏度,有效地增大靶面。弹丸的探测通过X和Y方向各一组光传感器来完成,在靶面上与光传感器对应的另一侧装有红外LED光源,靶面的有效探测区域由光传感器与光源形成的光幕确定。弹丸通过靶面时由邻近的几个传感器单元探测到,并通过软件精确识别确定弹丸过靶的坐标。传感器通过设置灵敏度,可仅探测快速移动的物体,避免误触发。单靶能够测量射击精度、射击频率,给出弹序、弹丸的X、Y坐标和R50与R100,当连接两套或更多光电靶时可测量弹丸飞行速度和弹丸偏角及倾角。

轻武器远距离立靶精度测试方案的探讨

本文针对轻武器远距离立靶精度测试的技术要求,论述了CCD相机、激光器阵列、光纤编码、线阵CCD相机等立靶精度测试方案的优缺点和实现的可能性,同时也列举了国外相关立靶精度测试设备的原理和性能.本文对轻武器远距离立靶精度测试系统的研制与开发具有重要的指导意义.

基于FPGA的CMOS成像电路设计

为满足科研和工业领域中对于高分辨率工业相机的需求,针对大靶面CMOS探测器CMV20000设计了成像电路。介绍了CMV20000探测器芯片的主要功能特点,利用FPGA实现了探测器控制信号的驱动和高速LVDS串行图像数据的接收。采用动态相位调整技术校正16路LVDS高速串行数据的相位差、实现了图像数据的同步接收、高速串并转换,对接收到的图像进行了重构并将其通过CameraLink接口进行输出。利用测试图像对成像系统进行了功能验证,并对实际景物进行了成像试验,试验结果表明,系统输出帧频最高达30fps,图像信噪比约为35dB,系统成像质量满足指标需求。

高速拼接CCD相机时序设计

高速拼接CCD相机是目前我国空间目标监控领域中急需的CCD相机之一,相机的研制对提高我国高速拼接CCD相机的研制能力有很大的推动作用。本文重点介绍了16通道高速拼接CCD相机的时序设计,以及相机的实测结果,并对相机的实际应用前景进行了展望。

两档变焦测量电视光学系统的设计

基于切换式两档变焦光学装置,设计了一种焦距600mm/1 200mm可变,靶面尺寸10.4mm×7.6mm,工作波段400nm^700nm,通光口径为136.6 mm/170 mm,最大畸变小于0.2%,传递函数值在空间频率60lp/mm处不低于20%的光学系统,该系统经指标及像质测试、环境例行试验、实景成像试验的验证,系统各项技术指标均满足某军用测量设备的要求。