蔣 寧，賈繼強，謝 斌

（1.中國科學(xué)院 航空光學(xué)成像與測量重點實驗室；長春光學(xué)精密機械與物理研究所，吉林 長春 130033；2.空軍航空大學(xué) 航空機械工程系，吉林 長春 130022）

航空相機執(zhí)行一次任務(wù)，對地面感興趣的目標進行多幅拍攝，在拍照過程中，拍照張數(shù)、飛機參數(shù)（高度、地速）、飛行姿態(tài)（俯仰/偏航、橫滾）以及所在的地理位置（經(jīng)度、緯度）等，是隨時變化的，為將相機在拍照過程中實時變化的參數(shù)記錄在膠片上，便于后續(xù)識別、判讀與分析，從而需要一套膠片注釋系統(tǒng)。

1 注釋系統(tǒng)工作原理

航空相機工作時，將各任務(wù)信息及參數(shù)通過相機控制器，送給注釋器件，注釋器件經(jīng)過轉(zhuǎn)換，以光信息的形式給出，借助注釋光學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，將光信息以平行光形式發(fā)出，成像在膠片的特定位置上，使膠片感光，將相機的各種參數(shù)記錄在膠片上。

圖1為膠片注釋原理圖。

圖1 膠片注釋原理

2 注釋系統(tǒng)設(shè)計

現(xiàn)有的技術(shù)方案如圖1膠片注釋原理圖所示，即注釋器件、注釋光學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在一條光軸上，注釋光學(xué)系統(tǒng)以一整體鏡頭形式，安裝在輸片機內(nèi)。在實際設(shè)計工作中，經(jīng)常遇到這樣的問題，由于輸片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在膠片直線方向上，很難有足夠大的空間，安裝注釋器件和鏡頭，注釋光學(xué)系統(tǒng)以一整體鏡頭形式，無法設(shè)計在輸片結(jié)構(gòu)內(nèi)。為了解決這一問題，設(shè)計了兩次折反的注釋系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)的組成

膠片注釋光學(xué)系統(tǒng)主要由注釋器件、反射棱鏡1組件、鏡頭、反射棱鏡2組件這4部分組成。結(jié)構(gòu)如圖2所示。膠片注釋光學(xué)系統(tǒng)中，反射棱鏡1組件安裝在輸片機外的輸片機外殼體上，鏡頭安裝在內(nèi)殼體上，反射棱鏡2組件安裝在片臺上。

圖2 注釋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

注釋器件工作時，將各種任務(wù)信息及參數(shù)，通過相機控制器傳送給注釋器件，注釋器件以光信息的形式給出，經(jīng)過反射棱鏡1反射，光信息進入鏡頭，并以平行光形式發(fā)出到反射棱鏡2上，經(jīng)反射棱鏡2反射后，成像在膠片上，拍照工作時膠片感光，就將這些任務(wù)信息和參數(shù)記錄在膠片上。以便后續(xù)識別、判讀、分析。

2.2 注釋燈的亮度分析

相機選用的膠片，是柯達公司生產(chǎn)的EK-3412膠片，該膠片的最佳曝光量是0.1（l x·s）。膠片注釋是由注釋模塊通過一個光學(xué)鏡頭曝光實現(xiàn)的。

鏡頭的相對孔徑為1:4，透射率為τ=0.7，設(shè)注釋燈的亮度為L，則注釋光在膠片上的平均照度可由式（1）表示

式中，

D/f為相對孔徑；

τ為透過率；

L為注釋燈的亮度。

膠片上的曝光量為

t為曝光時間，

根據(jù)相機照相周期，考慮快門、輸片、真空展平等各機構(gòu)工作時間分配，膠片注釋時間取t=0.075 s較為合適。

所以，注釋燈的亮度應(yīng)為

2.3 注釋內(nèi)容

注釋成像照片如圖3所示。

圖3 注釋成像圖

注釋數(shù)據(jù)的內(nèi)容包括63個字符：

任務(wù)代號（4位）：□□□□

照相張數(shù)（4位）：□□□□

條帶號（1位）：□

條帶數(shù)（1位）：□

重疊率代號（1位）：□

時間（6 位）：□□：□□：□□（h：min：s）

日期（6位）：□□：□□：□□（年：月：日）

高度（4位）：□□□□×10（m）

地速（4位）：□□□□（km/h）

航向角（5位）：□□□：□□（°）

偏流角（4位）：±□□.□（°）

俯仰角（3位）：±□.□（°）

橫滾角（3位）：±□.□（°）

緯度（7位）：北緯/南緯□□：□□：□□（°：min：s）

經(jīng)度（8位）：東經(jīng)/西經(jīng)□□□：□□：□□（°：min：s）

焦距（1位）：□

重要目標標識位（1位）：□

2.4 軸向固定透鏡接觸形式的選擇

鏡頭中，透鏡的固定方式通常有3種：透鏡球面與壓圈接觸處為鈍角(小錐面)，透鏡球面與壓圈接觸處相切（大錐面接觸）或透鏡球面與壓圈接觸處曲率半徑相同（球面接觸）。

在進行注釋系統(tǒng)鏡頭設(shè)計時，綜合考慮光學(xué)透鏡的軸向應(yīng)力及加工經(jīng)濟性，選用透鏡球面與壓圈接觸處相切的方案。采用此方案設(shè)計壓圈時，需要先確定半錐角α，半錐角的意義如圖4所示。

圖4 半錐角

半錐角α按如下公式求得

式中，

Yt為切點到光軸距離；

R為透鏡曲率半徑。

3 結(jié)束語

在系統(tǒng)中，采用了兩塊反射棱鏡，使光路兩次折反，解決了膠片直線方向上空間有限的問題。系統(tǒng)的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，使用靈活，適應(yīng)輸片機構(gòu)內(nèi)的特殊空間。通過拍照任務(wù)得到的相片，可以看出注釋信息清晰，注釋內(nèi)容豐富，很好地滿足了后續(xù)判讀和分析工作的要求。

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