基于传感器的自动调焦系统设计.pdf

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1、2011年第30卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)111基于传感器的自动调焦系统设计许兆林，赵育良，刘建东(海军航空工程学院青岛分院，山东青岛266041)摘要：分析了大气压力、温度和摄影斜距的变化对航空相机离焦的影响，给出了计算相机离焦量的简易数学方程，介绍了基于高精度硅压力传感器、铂热电阻温度传感器和GPS的数据采集处理的自动调焦系统组成和设计原理，制作完成了系统的硬件电路和软件流程设计，经过光学测试和实际应用证明：这种设计实用可靠，调焦速度快，精度高，完全满足

2、高机动性航空摄影侦察的需要。关键词：航空相机；传感器；离焦；自动调焦；光学测试中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1000--9787(2011)04-0111-03DesignofautofocusingsystembasedonsensorsXUZhao—lin，ZHAOYu—liang，LIUJian—dong(NavalAeronauticalEngineeringAcademyQingdaoBranch，Qingdao266041，China)Abstract：Theeffectofthechangeofat

3、mosphericpressure，temperatureandobliquephotographicdistanceonbeingoutoffocusofaerialcameraduringaerialphotographisanalyzed．Thesimplemathsequationispresentedinordertocalculateoutoffocus．Theconfigurationanddesignprincipleofautofocusingsystemfordataacquisitionandprocess

4、ingbasedonhighprecisionsiliconpressuresensor，platinumresistancetemperaturesensorandGPSforaerialcameraareintroduced．Thehardwarecircuitandthesoftwareprocessdesignaredone．Theopticalmeasurementandpracticalapplicationshowthatthedesignispracticalandreliable．Ithashighspeeda

5、ndhighprecisionfocusing．Keywords：aerialcamera；sensor；outoffocus；autofocusing；opticalmeasurement0引言温度以及大气压力等外界环境的变化造成的。摄影高度的航空相机由于工作环境条件(大气压力、温度)变化引变化，即物距的变化，导致了像距的变化，致使像点偏离焦起的成像位置变化较大，这样，其他各种提高摄影分辨率的面。而温度、大气压力等的变化使空气的折射率发生变化，努力会因成像位置变化所引起的影像分辨率急剧下降而前同时，光学系统中透镜的曲率半径、厚

6、度、透镜之间的间隔、功尽弃。此外，由于不同飞行高度不同摄影角度对应的摄透镜材料内的应力变化和金属框架的伸缩等，都会导致相影斜距的变化，也会明显导致航空相机成像位置的偏离，因机成像位置的变化，即相机的像接收器(CCD或胶片)的光而，高性能航空相机需要有自动调焦系统。目前，航空相机敏面偏离了光学系统的焦平面，调焦的目的是通过调整焦采用的一种光电自准直调焦方法J，具有通用性好、控制平面的位置，使得成像在像接收器上。精度高的特点，但由于需要控制扫描反射镜反复摆动，存在1．1大气压力的变化对离焦的影响控制复杂，且检焦时间过长的不足，在高机

7、动性的机型上使大气压力变化使空气折射率变化，造成镜头焦距改变，用，当发现海上目标，要求在不同高度层快速机动和快速拍产生离焦量为摄时，会丧失拍摄机会，不能满足部队航空侦察快速机动的=fn(n-1)(P-p。)／(-1)P0，(1)要求。本文自动调焦系统的设计是通过温度、压力传感器式中I厂为镜头焦距，P为环境大气压力，P。为标准大气压提供的温度、压力值以及飞机GPS提供的高度数据，计算力，n为空气折射率，n为玻璃折射率。出成像面的位置进行调焦，具有调焦控制方法实用可靠、调1．2温度的变化对离焦的影响焦快速、精度高的特点。温度变化，使

8、镜头玻璃的曲率半径、镜间间隔和镜箱长1相机离焦的原因分析和计算度发生变化，产生温度离焦，温度变化产生的离焦量计算公在航空摄影时，相机的离焦主要是由于相机摄影高度、式为收稿日期：2010-09-03112传感器与微系统第3O卷坼=(血一)△，(2)式中为镜箱膨胀系