薛梦轩—空间相机设计与试验

仪系列中的顶级产品，几乎可测量
所有类型光学系统的光学参数。 光谱范围：UV：190—400nm；NIR：700—1000nm；MWIR3—5µm 最大通光口径：450mm； 样品承载重量：50kg 测量方位角：360度
德国TRIOPTICS GmbH公司
德国TRIOPTICS GmbH公司 设计的ImageMaster&Universal 是ImageMaster光学传递函数测量
胶片型空间相机—典型恒星相机设计案例
光机扫描仪—概述
光机扫描仪是光学机械扫描式 多光谱扫描仪的简称，是星载遥感
系统中最早使用的传输型遥感器之
一，又称多光谱扫描仪。其利用反 射镜扫描成像的方式扩大了观测市 场，是最早的实现星载遥感之一。
光机扫描仪—组成
光机主体
光机多光谱扫描仪一般组成系统
电子线路硬件
焦平面列阵凝视成像探测器件画幅式拍照
空间相机特点
能经受剧烈震动、过载冲击、噪声等恶劣力学环境 能在真空/低气压下工作，考虑大气与真空折射率差异 快门或其他活动部件在真空环境下工作，要防冷焊设计 适应空间 特点 环境特殊： 技术措施 地面装校检测环境，有机材料真空挥发可能造成光污染 地球辐射带离子辐射会降低透过率，甚至不透光
因为输出图像的对比度总小于输入图像的对比度，所以MTF值介于0~1之间。 MTF越大，表示系统的成像质量越好。
空间相机基本技术指标—光谱特性和谱段选择
空间相机的光谱特性包括光谱范围、谱段宽度和数目及光谱分辨率。
光谱范围：指相机获取图像来自的光谱段 谱段宽度和数目：反映了谱段的设置要求
光谱分辨率：是指在光谱曲线上能够区分的两个相邻波长的最小间隔。
2 主要内容
空间相机基本技术指标
空间相机的基本技术指标是空间相机应用和卫星平台配置的基本要求， 直接影响用户获取数据的品质，包括以下几种：
空 间 分 辨 率
调 制 传 递 函 数
光 谱 分 辨 率
辐 射 分 辨 率
时 间 分 辨 率
辐 射 标 定 要 求
设 计 基 准
评价图像质量四要素
具体设计相关的要求
空间相机组成
物镜：由光学系统和结构组成。光学系统其收集目标信号光能量和
抑制杂光的作用。
探测接收和电路系统：由光电探测器和各种电路及机械夹装件组成。 组成 机械结构：总体结构将物镜、探测器等基本部件集成为空间相机。 热控装置：一般由热控涂层、隔热材料、相变材料、热管、导热索、
散热器、加热器和温度控制器等组成。
空间相机基本技术指标—光谱特性和谱段选择
空间相机基本技术指标—辐射分辨率
辐射分辨率是指传感器区分地物辐射能量细微变化的能力，即传感器的灵敏度。 传感器的辐射分辨率越高，其对地物反射或发射辐射能量的微小变化探测能力越强。 在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。 RL= Rmax-Rmin D
Rmax是最大辐射量值，Rmin为最小辐射量值，D为量化级。RL越小，表明传 感器越灵敏。
空间相机基本技术指标—最小时间间隔。对轨道 卫星，亦称覆盖周期。时间间隔大，时间分辨率低，反之时间分辨率高，是评价遥 感系统动态监测能力重要指标。
胶片型空间相机—特点
胶片型可见光空间相机是以摄影胶片为信息载体的空间相机。
一般异地轨道上运行的空间飞行器为摄影平台，是返回式遥感卫星
空间相机设计与试验
汇报人：薛梦轩
目
录 1 电源概述 2 主要内容
3 工作映射
1 概述
空间相机概述
在空间遥感中收集信息用的遥感器 叫空间相机，可分为光学和微波两大类。
在空间遥感领域，有科技工作者习惯用
“航天光学成像遥感器”、“空间光学
成像遥感器”、“遥感仪器”、“遥感
器”或者“相机”来表示空间相机。
广泛应用于空间军事侦察、地球资
源探测和测绘等领域，迅猛发展为 当前应用最广泛的空间光学遥感器 之一。
空间CCD相机—组成和原理
光学系统：将目标光源会聚到CCD探测器上
相机结构
CCD探测器：转换、积累、寄存、转变成电压信号
温控系统
卫星连接
CCD成像电路：产生、驱动、采样保持及放大、匹配，
AD转换成数字信号
控制和信息处理器：MCU，整个工作过程都在微处理器的控制下 完成。
空间相机分类
画幅式——常用于测绘、目标定位和建立地形控制网
胶片型： 全景式——常用于军事和国土普查
航线式——军事侦察
分类 扫描成像 光电型： 凝视成像 线阵CCD推扫凝视成像 摆扫—美国陆地卫星的主题制图仪 推扫—SPOT卫星的HRVCCD相机
胶片型空间相机—胶片
胶片采用聚酯片基，厚度约为75µm，通常在低压低湿度环境下
工作。不同类型的相机选取不同类型的胶片，例如： 普查选1124全色
胶片；详查和高精度大幅面测绘相机选美国EK4314，EK3409， EK3412或俄罗斯48号胶片；星相机可选感光度高，分辨率适中的 1123胶片，俄罗斯52号胶片或美国EK2405胶片。
采像鱼眼镜头等大视角的广角镜头质量检测。测量过程无需中继透镜，可以大大的 提高检测效率级检测精度。
谢谢！ 诚请指导！
仪系列中的顶级产品，几乎可测量
所有类型光学系统的光学参数。 产品特点： 卧式结构；可测量直线构型系统；L形构型系统；U形构型系统；空间折转型系统等 ； 模块化设计；一体化运输，维护保养方便 ； 平行光管基于离轴抛物面反射镜的设计； 覆盖全波段使用 ；整机配备铝质外壳；隔光挡风 ；模块化靶标发生器及探测器； 可快速切换 ；测量精度可溯源至国际标准 ； 软件模块化，使用简单易懂 ； 可编辑脚本，实现用户自定义测量 ， 直接以报告形式输出结果。
可以提供的镜头测试：轴上MTF，
轴外MTF，波前像差，EFL，泽尼克 像差及多波长（250-400nm,4001100nm,900-1700nm,1um2.35um,3-5um& 8-12um）测量。
便携式、高精度光学传递函数测量仪
法国Phasics公司
产品特点： 1、直接测量、无需中继透镜 o 2、离轴MTF测量范围大：210 3、高检测精度：MTF（on axis）： <1%(accuracy),<0.5%(Repeatability); MTF（off axis）： <2%(accuracy);<1%(Repeatability); 4、快速测量：测量一片样品的时间 ≤ 1s 5、实时显示泽尼克相差系数
德国TRIOPTICS GmbH公司 技术参数
中国科学院光电技术研究所
仪器名称：光学传递函数测量仪 仪器用途：用于光学系统的光学传 递函数检测
主要技术指标：
测量范围：0.36～1μ m、3～5μ m、
8～12μ m；
测量精度：±3％(可见)、±4％(红外)
法国Phasics公司
法国Phasics公司高精度MTF测量仪
设计时应考虑消杂光措施，就好比肉眼白天看星星
地面/星上重力加速度变化引起的光学零件重力变形 温度场变化对相机光学系统性能影响，采取热控措施
空间相机应具备长焦距
空间相机应用
用于气象观测
用于空间侦 查和预警
用于资源调查 和环境监测
用于行星、
恒星和现象
观测
空间相机应用
用于海洋遥感 用于空间目标搜索
用于精确地空 间摄影测量
空间CCD相机组成
空间CCD相机—CCD探测器性能
CCD探测器具有体积小、质量
小、灵敏度高、功耗低、动态范围
大、寿命长和可靠性高等优点。在
光学遥感中的到广泛应用。
CCD包括线阵和面阵CCD，目 前空间相机采用线阵CCD。其主要 特性包括光电特性和几何机械性能。
空间CCD相机—CCD探测器光电特性
空间相机基本技术指标—空间分辨率
空间分辨率是指像素所代表的的地 面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场， 或地面物体能分辨的最小单元。 例如：摄影分辨率为10m，是指他 能分开宽度和间距各位5m的两个方形
区域。
空间相机基本技术指标—调制传递函数
一般通过光学系统的输出像的对比度总比输入像的对比度要差，这个对比度的 变化量与空间频率特性有密切的关系。把输出像与输入像的对比度之比称为调制传 递函数(MTF)，即MTF的定义是 MTF= 输出图像的对比度 输入图像的对比度
的重要有效载荷。一般由对地测相机、星相机、暗道、回收片盒等 组成胶片型空间相机摄影系统。 1：将已曝光的胶片返回到地面，经处理后使用，分辨率高； 2：返回式卫星运行时间较短，相机装片量有限，约1000特点
3000m；
3：不受地面站布局影响，易获得全球范围信息；载体为胶 片；不受电磁干扰，地面分辨率高，覆盖宽，几何精度高。
光机扫描仪—主要技术指标
扫描系统主要技术指标包括：
光机扫描仪—设计中的关键问题
扫描系统的驱动控制设计：
扫描系统的润滑色剂：
油润滑、固体润滑、自润滑、提高扫描系统可靠性的措施
扫描系统的运动特性设计：
空间CCD相机—概述
CCD即电荷耦合器件。空间
CCD相机是指用CCD探测器作为敏
感器的空间传输型光学遥感器。其
光谱分辨率越高，可分解的光谱数越多，获得的光谱曲线越精细。
空间相机基本技术指标—光谱特性和谱段选择
利用0.4-0.5µm，区分雪和其他物体 利用0.5-0.6µm，区分沙漠和桦树、黑 土、水； 利用0.8-0.9µm，区分桦树和黑土、水
某些地物的反射光谱
空间相机基本技术指标—光谱特性和谱段选择
空间相机基本技术指标—光谱特性和谱段选择
胶片型空间相机—组成
胶片型空间相机系统一般由一台地物 相机、一台（或两台）恒星相机、暗道、 回收片盒等组成。星相机和地相机安装在
返回式卫星的密封舱中，其光轴夹角大于
90度。
曝光—展平—输出—供片—收片
胶片型空间相机—卫星姿态记录与摄影目标定位简述
胶片型空间相机—卫星姿态记录与摄影目标定位简述
卫星飞行轨道由轨道六根数描述，它们通过卫星测轨得到。利用卫星轨道数据与飞 行时间坐标形成的星历表，描述卫星飞行轨迹。
出电压和最大工作频率等
空间CCD相机—CCD探测器光电特性
典型CCD光谱响应曲线
空间CCD相机—CCD探测器光电特性
3 工作映射
光学传递函数测定仪
测定光学系统光学传递函数的仪器
德国TRIOPTICS GmbH公司
德国TRIOPTICS GmbH公司 设计的ImageMaster&Universal 是ImageMaster光学传递函数测量
调制传递函数：本为非线性、加滤波器可近似看成线性系统。 响应度和光谱响应：表示每个像元上输入的光能量（曝光量）
产生的输出信号电压。光谱范围一般在400—1000nm之间
光电响应不均匀性（PRNU）：理论上每个像元应该是均匀的，
但因材料不均匀和工艺等因素，各像元 的响应度存在差异。
其他光电性能参数：最大信号、最小信号、动态范围、饱和输