基于单帘快门的数字相机调光系统

Adj ustable exposure system fordigital camera based on single curtain type shutterZHANG Lei ，DING Ya-tin ，ZHANG Hong-wen ，ZHANG Ji-Chao ，LIU Bo 。

(1.Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement，Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 1 30033，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 130039，China)Corresponding author，E-mail：zhangl-1982###163.cornAbstract：To obtain the perfect exposure in a wide illuminance range at a short period，an adj ustableexposure system was designed for an area CCD camera in combination of a single curtain type shutterwith controlling exposure by CCD gain.The effect factor on aero photographing process was ana-lyzed，and a exposure expression was work out according to exposure principle of the single curtaintype shutter.After confirming the optimized exposure amount of a CCD，the relationship among theslip rate，CCD gain and the illuminance of the ground target was established according to the exposureexpression. Furthermore，the signal of a ground target iluminance was collected by a photosensitiveresistance，then the signals were used to control the slip rate and the CCD gain.Finally，the rate ac-收稿 日期 ：2012-08-27；修订 日期 ：2012-09-19。

基金项目i国家 863高技术研究发展计划资助项目(No.2006AA06A208)第 5期 张 雷 ，等：基于单帘快 门的数字相机调光系统 12693.2 快门稳速精度测试快 门通过 调节 狭缝速 度控制 曝光 量 ，因此 ，对快 门电机 的稳速精 度要求 较 高。为提 高稳 速精度 ，同时能够达到-定的曝光精度 ，采用速度闭环控制 的方 法 ，由辊 轴处 的编码 器 得 到反 馈信号 ，在 1 ms的采样 周 期 内，将 编 码 器测 得 的前后 2个角度值进行 差分 运算得 到 的速度值 作为实 际帘幕 速度 的反馈 ，和 给定 的帘幕 速 度 进行比较 ，构成速度 闭环。调光控制系统的模型如图 6所示 。

图 6 调光控制系统的模型Fig.6 Model of dimming control system为 测试 系 统 的稳 速精 度 ，分 别对 系统输 入6 300、4 170和 1 200 r/min的阶跃输入信号 ，对应的曝光时间分别为 0.003 3、0.004 9和 0.017 s，并在电机稳速运行情况下通过离合器加入快门负载如图 7所示 。

图 7 快 门稳速精度测试分别得到系统的阶跃响应 曲线如图 8所示 ，其中，横轴为采样时间，纵轴为 电机转速 。实验结果表明 ：在 6 300、4 170和 1 200 r/rain的阶跃信号下 ，电机稳速精度分别为 3.3 ，2.8 和 3 ，并且系统在超 出曝光时 间范围的情况下仍 能保证 3。

3 的稳速精度 。由于曝光 时间与速度呈 线性关系 ，根据曝光时间和曝光量的线性关系L8 ]，由电机稳速误差引起 的快 门曝光量 的误差 为 3.3 §门结构传动同样使曝光精度下降，其计算较为复杂，在此不予以赘述，计算得到由结构传递误差引起的快门曝光量 的误差 为 5.8%～ 以上误差合成 ，得到快门的曝光精度为 O.091。

，6 300 r/minI； h ～ d h H～0 834 167 250 333 417 500 583 667 7，ot/ms(a)R6 300 r/min系统的阶跃响应曲线图(a)Step response curveforR-6 300 r/min4170 r/min- - L . - . . . . . . - I .- 99 0 198 297 398 495 594 693 792 891t/ms(b)R：4 170 r/min系统的稳态输出曲线(b)Steady·state output for Rof4 170 r/minI-II.I，p ds Ilo1奄127O 光学 精密工程 第21卷t/ms(c)Rl 200 r/min系统的稳态输出曲线(c)Steady-state output for R 1 200 r/min图 8 系统的速度响应曲线Fig.8 Response curve of system speed为检验照相机调光系统功能 ，常温环境下在实验室对相机进行了照相试验 ，相机通过窗 口对外景进行了实际拍摄 ，拍摄过程中调光系统输出的参数如表 4所示 。

表 4 调光 系统的输 出参数Tab.4 Output parameters of adj ustment