无人机载面阵数字相机光学镜头设计

蒋 宁，贾继强，金灿强，谢 斌

（1.中国科学院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）

无人机载面阵数字相机，是以无人机为平台，以面阵数字相机为信息获取的主要有效载荷，实时获取测绘保障所需要的立体影像数据，通过摄影测量处理，实现目标的快速精确定位、测绘信息产品的快速更新以及各类应急任务的测绘保障等。受无人机体积的限制，要求面阵测绘相机满足体积小、质量小、分辨率高的要求。作为相机的重要部件，光学镜头的品质，直接影响相机的成像品质和测绘精度。

1 面阵数字相机光学镜头的参数确定

针对具体的技术要求指标，对面阵数字相机光学镜头的参数进行了设计计算，设计波段为0.50～0.75μm，中心波长为0.656 3μm。系统的畸变设计值，在各个视场范围内均小于3μm。具体技术要求如下：

面阵数字相机像元数≥4 k×4 k；

像元地面分辨率≤0.5m（飞行高度为5000m时）；面阵数字相机视场≥23.15°×23.15°；

图像灰度量化等级256；

波段范围0.5～0.75μm全色波段；

混合光传递函数≥0.38。

1.1 焦距

焦距是一项重要参数，不仅直接影响系统的性能，而且直接影响仪器的体积和重量。面阵CCD靶面尺寸确定后，焦距值与地面像元分辨率及飞机航高有关，理想成像关系为

式中，

f'为镜头的焦距；

a为CCD像元尺寸；

H为航高；

GSD为像元地面分辨率。

我们选用的面阵CCD为4 096×4 096，像元尺寸为0.009 mm，航高为5 000 m，像元地面分辨率指标为0.5 m，经过计算，可得镜头的焦距：f'=90 mm。

1.2 视场角

视场角是光学系统的重要参数，因为其大小代表着航空照相过程的效率及其经济效果。……