环境温度导致光测力学方法测量误差的机理及校正

The systematic error induced by environment temperature variation in photomechanics methods and its compensation will be studied in this project. The mechanism of errors under coupling effect of camera self-heating and environment temperature variation will deeply investigated and the quantitative rules representing the relationship between temperature and errors will be presented..The physic model represented the relationship between temperature and image deformation error will be researched based on optical image theory and the the analytical expression will be derived and verified by experiment. Finally, the compensation method will be studied and the special system to eliminate outdoor measurement error for photomechanics methods will be developed. The research will give a theoretical and technical preparation for improving deformation measurement precision of photomechanics method in fileds of aeronautics, astronautics, survey, transportation and mining engineering.

本项目针对环境温度变化导致光测力学方法测量误差的产生机理、规律及校正方法展开研究。深入分析数字相机自发热和环境温度耦合作用下光测力学方法测量误差的产生机理，总结温度与误差大小的定量规律，基于几何光学成像理论建立环境温度导致测量误差的物理模型并给出解析表达。最后发展测量误差的补偿和校正方法，设计并搭建一套用于消除室外光测力学测量误差的系统。本研究为提高光测力学方法在航空航天、勘察勘测、交通运输、采矿工程等室外测量领域的观测精度提供理论指导和技术支持。

成像系统温度变化导致的图像变形误差是近年来被研究人员所发现并重视的一种影响光测力学测量精度的重要因素。在室外测量应用中，环境温度与数字相机自发热耦合作用导致成像系统的温度变化剧烈且规律复杂，其引起的图像变形误差量级不可忽视，必须予以校正。.本项目针对环境温度变化导致光测力学方法测量误差的形成机理、规律及校正方法展开研究，建立了可以描述从相机产生热量后通过器件热传导和环境热交换，使得成像器件温度改变，进而产生热变形，引起成像参数的变化和图像变形，最终导致光测力学测量产生误差整个物理过程的数学模型，发展了相应的误差的校正方法。项目研究的主要结果包括：. 1）建立了表征环境温度与成像器件温度关系的数学模型，总结了环境温度影响下相机成像器件的温度变化规律。研究发现环境温度通过影响成像系统的散热量来影响各个成像器件的温度变化趋势，对于一个确定的成像系统，各成像器件温度可使用环境温度作为特征温度进行表达。. 2）建立了表征成像器件温度与图像变形误差关系的数学模型，研究了系统各器件的热变形行为及其导致的图像变形误差演化规律。研究发现，成像系统中机壳、接口和镜头的热变形引起的成像参数变化是导致图像发生热致变形的原因，此误差是一个通过包含有器件热变形参数、器件温度、成像参数等参量的数学解析表达式予以定量描述的系统误差。. 3）系统研究了温度对图像分析类和条纹解析类光测力学方法测量误差的影响规律，发展了误差的校正方法。首先对成像系统中成像器件的热学参数及热变形参数进行标定，之后在图像采集过程中同步记录环境温度数据，实验结束后利用研究所建立的模型结合标定参数与环境温度，计算出热致误差并予以校正。.项目研究成果可为进一步提升光测力学方法在勘察勘测、交通运输、采矿工程等室外测量应用中的测量精度提供理论指导和技术支持，后续还可将其应用于航天相机极端服役条件下的热致测量误差校正中，提高其对空/地目标的识别定位精度。