真空低温环境用高精度CCD摄影测量系统

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1、第27卷第3期航天器环境T程2010年6月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING36l真空低温环境用高精度CCD摄影测量系统蒋山平，杨林华，于江(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：文章介绍了一套高精度CCD摄影测量系统，该系统是专门为在真空低温环境下的摄影测量而研制的，主要应用于卫星天线在模拟真空低温环境下的冷热变形测量试验。在试验过程中当卫星天线处于不同温度时，采用此系统对卫星天线表面进行高精度实时拍摄，将拍摄得到的数字图像传输给专门的图像处理软件分析，就能够得到卫星天线表面的变形数据。该系统的设计思想还可以扩展到其他小型设备在真空低温环境或其他特殊环

2、境下的应用中。关键词：近景摄影测量；CCD摄像机；天线变形；真空低温环境中图分类号：V416．8文献标识码：A文章编号：1673—1379(2010)03—0361—03DoI：10．39690．issn．1673—1379．2010．03．019l引言近年来，基于数字近景摄影测量原理的三维测量技术不断发展，并以其非接触、精度高、测量方便快捷等优点应用于航天领域。数字近景摄影测量的基本原理是采用CCD相机对表面贴有标志点的被测对象进行拍照，通过对拍摄的多幅含标志点的数字图像进行图像处理，得到被测对象表面所有标志点的中心坐标，再通过拟合得到被测对象的面形参数【1】。随着数码相机技术的发展和应用，

3、利用CCD摄像机来获取信息的数字近景摄影测量成为了发展趋势。但是在航天领域的一些特殊情况下，传统的摄影测量系统并不能直接应用，比如卫星天线在模拟真空低温环境下的冷热变形测量[2—4]，其试验原理如图1所示。图l真空低温环境下天线变形摄影测苗原理图Fig．1Schematicdiagramofantennadistortionphotogrammetricmeasurementinvacuumcryogenicenvironment为真空低温，此时传统的CCD摄像机不能直接使用，因此必须设计专门用于真空低温环境下的高精度摄影测量系统。本文简要介绍了为这种特殊环境下使用而自主研制的高精度CCD摄影

4、测量系统。2测量系统组成高精度CCD摄影测量系统主要由CCD摄像机、温控舱、热控系统和控制及信号传输系统组成。其中：CCD摄像机是关键组件，主要对被测试件外形进行拍摄，提供高分辨率、无变形失真的数字图像；温控舱用来给CCD摄像机提供一个常温常压的工作环境，保证CCD摄像机的正常稳定工作；热控系统负责监控CCD摄像机和温控舱的温度，并根据需要进行温度控制，保证舱内温度稳定在所需工作范围内；控制及信号传输系统主要提供对CCD摄像机和温控舱内设备的远程控制，并将CCD摄像机拍摄的数字图像传输到真空环模设备外的终端设备中。该摄影测量系统能够在模拟真空低温环境下对试验件进行远程遥控实时拍摄，并能够实时输

5、出图像以进行软件分析处理。2．1CCD摄像机考虑到高精度摄影测量对数字图像传感器收稿日期：2009．09．03：修回日期：2009．09．12基金项目：航天科技基金资助项目作者简介：蒋山平(1980．)，男，硕士学位，主要从事卫星红外遥感器辐射定标技术、太阳模拟器研制技术和光学机械设计方面的研究。E—mail：jiangshp—cast@163．com。362航天器环境工程第27卷的特殊要求【5】，采用美国tmiQ公司生产的工业级高分辨率数字摄像机，其2／3英寸逐行扫描、隔行传输CCD图像传感器，有效像素1024xl024，单位像素尺寸6．45I-tmx6．45斗m。镜头采用日本Computa

6、r公司的工业级定焦镜头，其焦距为8mm。2．2温控舱温控舱主要由舱体、光学窗口和舱内辅助设备组成。2．2．1主体结构温控舱为正压密封圆筒形容器，工作期间其内部处于常温常压状态。舱体主体材料为不锈钢，有效容积约为《b274mmx240mm，净重26kg。舱体两端采用平盖封头，一端安装有光学窗口，另一端的法兰采用螺栓与舱体连接。舱体结构如图2所示。小舱舱体CCD摄像机电动旋转台图2温控舱结构图Fig．2Configurationofthetemperature—controlledcanister2．2．2光学窗口当CCD摄像机工作时，需要透过光学窗口对被测试件进行拍摄。光学窗口需要克服因环境温度

7、影响而导致的变形或倾斜，因此对光学窗口及其安装固定有着非常高的要求。为了减轻温控舱整体质量，窗口法兰和舱体法兰均采用了环形辐射状加强筋来增加整体的刚度和强度。光学窗口采用A1级的红外光学石英玻璃，直径为妒170mln，窗口两面的平行度为5”，平面度均为2／10@633nm。2．2．3舱内辅助设备舱内辅助设备有电控旋转台、摄像机光源和固定机构等。由于摄影测量的精度与获得的图片数量有很大的关系，因此为