确定透镜焦面的系统设计 第3页
众所周知，在众多的光学仪器中，透镜都是重要的组成元件。而焦距对透镜来说是个重要的参数，它是光学系统装校过程中必须己知的参数。因此，透镜的焦距自然是确定其物象关系的重要参量，同时透镜的焦距是否精确将直接影响整个光学系统的焦距，对于诸如侦察卫星、资源卫星上所使用的大型光学系统来讲，焦距更应准确已知，要求其准确度在 0.1%以上，故透镜焦距的精确测量显得十分重要。
伴随着近代科学技术和工业技术的迅速发展，传统的光学机械检测方法已日益不适应现代工业和科学技术所提出的高精度、高效率与自动化的测试要求。传统的焦距测量中，焦面是由人眼判读目标所成像的清晰度来确定的，若仅依靠操作员主观判断的话，对操作者要求就应该较高，同时具有较大的人为误差。当劳动量较大时，人眼极易疲劳，更会加剧判读误差，劳动效率大大降低。若将自动调焦技术应用到透镜焦距测量中，使之实现自动判读、调焦和测量，极大地提高劳动效率，并能保证比人工判读更高的精度，这样一来便可为透镜的批量测量开辟道路。
焦面检测又称为调焦，是确定焦面的一个过程。传统的方法是使用平行光管对透镜焦面检测，这种方法完全是靠人眼判读最亮点来实现的。在近几年国内外在此领域研究出的方法有多种。例如：基于灰度差分的自动调焦技术、基于图像处理的CCD摄像机自动调焦方法、透镜分离相位检焦技术等等。其中以CCD代替人眼进行判读的方法使用的最多。
利用CCD代替人眼对焦面进行判读，来实现高效率自动化测量。利用CCD进行判读的方法也分好几种，例如：利用CCD对光强度的探测，来判断焦面。利用CCD拍摄图象，然后对图象处理进行判断。
在光学产品的研发和生产中，透镜一直以来就是组成光学系统的最基本部件。透镜焦距是其最重要的一个参数，是光学系统装校过程中必须己知的参数，它是确定其物像关系的重要参量。透镜焦距的精确与否就在很大程度上决定了光学仪器或产品的性能。同时透镜的焦距是否精确将直接影响整个光学系统的焦距，对于诸如侦察卫星、资源卫星上所使用的大型光学系统来讲，焦距更应准确已知要求其准确度在0.1%以上，故透镜焦距的精确测量显得十分重要伴随着近代科学技术和工业技术的迅速发展。一直以来，人们都是用传统的机械检测方法进行检焦，随着近代科学技术和工业技术的发展，传统的方法已日益不适应现代工业和科学技术所提出的高精度、高效率与自动化的测试要求。传统的焦面
检测量中，焦面是由人眼判读目标所成像的清晰度来确定的。若仅依靠操作员主观判断的话，对操作者要求就应该较高，同时具有较大的人为误差。当劳动量较大时，人眼极易疲劳，更会加剧判读误差，劳动效率大大降低。所以人们希望能够对透镜的焦距进行自动测量。若将自动调焦技术应用到透镜焦距测量中，使之实现自动判读，调焦和测量，极大地提高劳动效率，并能保证比人工判读更高的精度，这样一来便可为透镜的批量测量开辟道路。现在许多专家学者都在研究新的检焦方法。由于传统的检焦方法误差主要来源于人眼，所以就需要用其它设备代替人眼行观察，并通过其他机电设备来移动透镜（或者物、或者像屏）来实现焦面检测。这样就能达到减少由人眼视觉误差的目的，提高测量精度，提高劳动效率。并将透镜焦面检测的精度达到光学产品或光学系统的要求。
目前焦面检测的方法很多，CCD是最常用的方法，因为其设备简单，测量范围大，且操作简便。基于光具座测量透镜焦距的基础上，将自动调焦技术引入到焦距测量中来，本文在这方面做了一些尝试，具体研究内容如下：
1 首先介绍几种检焦技术的原理。
2 采用线阵CCD代替人眼作为接受器，对检焦方案进行了理论分析 。
3 设计电脑和步进电机之间的接口电路。
4 完成步进电机的控制程序的编写。
5 完成焦面判读的软件设计。
6 试从理论上证明象图样包络线的形状，定性验证是否和本文所采用的理论方法中给出的曲线吻合。
通过以上几个方面的研究，本文可以为光具座上焦面检测提供一些有益的素材，为最终实现透镜焦距测量的自动化打下一点基础。
近几年，在国内外出现了一些新的焦面检测的方法，其中有差分法、光电自准直法、信息墒法、临界角法等等一些方法。下边就将其中的一些方法以及传统的检焦方法作以简单介绍。并详细阐述本文所采取的检焦方法。
根据傅立叶光学理论，一个光强分布为I(x)图像是由各种空间频率成分组的，在用线阵CCD接收器时可以用一文函数表示光强分布。图象的清晰度由其对比度决定，所以用归一化的光强频谱表示图像的清晰特征物的归一化频谱可以表示为：若图片无法显示请联系QQ752018766
像的归一化频谱为：
（2.2）
光学系统的调制传递函数为:
（2.3）
同一景物的焦前与焦后两个光场分布的传递函数之比为：
（2.4）
见焦前和焦后同一景物相应空间频率的传递函数之比，等于其频谱函数中相对应的频率分量有效值之比，当焦前与焦后同一景物的两个像的高频分量有效值相等时，则代表合焦，不等时代表离焦。
遥感相机入轨后，由于热梯度的存在，放射时加速度和震动的影响使成象面偏离底片或象接收器，称为离焦。遥感相机在空间长期运行后由于环境的波动及变化也会造成离焦，相机的焦距越长，离焦越严重。所以，对于长焦距的遥感相机，必须具备在运行中进行调焦的功能。差分式对比传递函数的方法就是解决这一问题的，它通过提取图象信号中的高
频分量作为检焦评价函数，将CCDA和CCDB分别放在焦面前和焦面后分光柱镜使同一视场的光分离后分别被CCDA和CCDB所接收，当两个CCD 信号中的高频成分相等时，示合焦，不等时表示离焦，同时根据两CCD输出信号中高频分量的大小可直接判断是前离焦还是后离焦。
在以照相胶片作为接收介质的空间相机中光电自准法被较多采用。包括美国芝加哥航空公司制造的 KS-146 型航空相机、美国仙童公司制造的KA
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