一种应用于航空相机的注释系统

蒋 宁，贾继强，谢 斌

（1.中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室；长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033；2.空军航空大学 航空机械工程系，吉林 长春 130022）

航空相机执行一次任务，对地面感兴趣的目标进行多幅拍摄，在拍照过程中，拍照张数、飞机参数（高度、地速）、飞行姿态（俯仰/偏航、横滚）以及所在的地理位置（经度、纬度）等，是随时变化的，为将相机在拍照过程中实时变化的参数记录在胶片上，便于后续识别、判读与分析，从而需要一套胶片注释系统。

1 注释系统工作原理

航空相机工作时，将各任务信息及参数通过相机控制器，送给注释器件，注释器件经过转换，以光信息的形式给出，借助注释光学结构系统，将光信息以平行光形式发出，成像在胶片的特定位置上，使胶片感光，将相机的各种参数记录在胶片上。

图1为胶片注释原理图。

图1 胶片注释原理

2 注释系统设计

现有的技术方案如图1胶片注释原理图所示，即注释器件、注释光学结构系统在一条光轴上，注释光学系统以一整体镜头形式，安装在输片机内。在实际设计工作中，经常遇到这样的问题，由于输片结构复杂，在胶片直线方向上，很难有足够大的空间，安装注释器件和镜头，注释光学系统以一整体镜头形式，无法设计在输片结构内。为了解决这一问题，设计了两次折反的注释系统。

2.1 系统的组成

胶片注释光学系统主要由注释器件、反射棱镜1组件、镜头、反射棱镜2组件这4部分组成。结构如图2所示。胶片注释光学系统中，反射棱镜1组件安装在输片机外的输片机外壳体上，镜头安装在内壳体上，反射棱镜2组件安装在片台上。

图2 注释系统结构图

注释器件工作时，将各种任务信息及参数，通过相机控制器传送给注释器件，注释器件以光信息的形式给出，经过反射棱镜1反射，光信息进入镜头，并以平行光形式发出到反射棱镜2上，经反射棱镜2反射后，成像在胶片上，拍照工作时胶片感光，就将这些任务信息和参数记录在胶片上。以便后续识别、判读、分析。

2.2 注释灯的亮度分析

相机选用的胶片，是柯达公司生产的EK-3412胶片，该胶片的最佳曝光量是0.1（l x·s）。胶片注释是由注释模块通过一个光学镜头曝光实现的。

镜头的相对孔径为1:4，透射率为τ=0.7，设注释灯的亮度为L，则注释光在胶片上的平均照度可由式（1）表示

式中，

D/f为相对孔径；

τ为透过率；

L为注释灯的亮度。

胶片上的曝光量为

t为曝光时间，

根据相机照相周期，考虑快门、输片、真空展平等各机构工作时间分配，胶片注释时间取t=0.075 s较为合适。

所以，注释灯的亮度应为

2.3 注释内容

注释成像照片如图3所示。

图3 注释成像图

注释数据的内容包括63个字符：

任务代号（4位）：□□□□

照相张数（4位）：□□□□

条带号（1位）：□

条带数（1位）：□

重叠率代号（1位）：□

时间（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）：±□.□（°）

横滚角（3位）：±□.□（°）

纬度（7位）：北纬/南纬□□：□□：□□（°：min：s）

经度（8位）：东经/西经□□□：□□：□□（°：min：s）

焦距（1位）：□

重要目标标识位（1位）：□

2.4 轴向固定透镜接触形式的选择

镜头中，透镜的固定方式通常有3种：透镜球面与压圈接触处为钝角(小锥面)，透镜球面与压圈接触处相切（大锥面接触）或透镜球面与压圈接触处曲率半径相同（球面接触）。

在进行注释系统镜头设计时，综合考虑光学透镜的轴向应力及加工经济性，选用透镜球面与压圈接触处相切的方案。采用此方案设计压圈时，需要先确定半锥角α，半锥角的意义如图4所示。

图4 半锥角

半锥角α按如下公式求得

式中，

Yt为切点到光轴距离；

R为透镜曲率半径。

3 结束语

在系统中，采用了两块反射棱镜，使光路两次折反，解决了胶片直线方向上空间有限的问题。系统的优点在于结构紧凑，安装方便，使用灵活，适应输片机构内的特殊空间。通过拍照任务得到的相片，可以看出注释信息清晰，注释内容丰富，很好地满足了后续判读和分析工作的要求。

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