一种用于太空探测的双光谱成像设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于太空探测的双光谱成像设备，包含：下壳体，其具有一容纳腔，且顶部设置开口；上盖板，其覆盖设置在所述的下壳体的顶部开口上，并与所述的下壳体固定连接；信息板，其固定设置在所述的下壳体的容纳腔内；可见光成像单元，其设置在所述的信息板上，且与所述的上盖板相连接；红外成像单元，其设置在所述的信息板上，且与所述的上盖板相连接。本发明同时具有可见光和红外成像能力，因此兼有可见光成像分辨率高和红外成像不受光照条件限制的优点，并且能适应苛刻的空间力学和辐射环境。
【专利说明】一种用于太空探测的双光谱成像设备
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于太空探测的成像设备，具体是指一种同时具有可见光成像和红外成像能力的双光谱成像设备，能够在严苛的太空环境下，不受光照限制地实现对空间目标的全天时监视和观测，属于空间光电成像的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光电成像技术是观察太空活动最直观、最常用的途径之一。因此，目前国内外的各种航天器普遍安装有监视相机，能够对观测目标成像甚至实时图像直播太空活动。例如美国的“好奇号”火星探测器，中国的“神舟”飞船和“嫦娥3号”飞行器等。
[0003]按照成像光谱的不同，光电成像技术一般可分为紫外成像、可见光成像和红外成像等。目前，可见光成像技术已经非常成熟，普遍应用于数码摄像、工业检测和医学影像等领域。国内的外航天器上几乎均采用可见光相机作为监视设备。可见光成像具有分辨率高、探测距离远等优点，但受制于光照条件，无法在阴影区成像。
[0004]红外成像是俗称的“热成像”，通过敏感探测目标的温度成像，不受光照条件的限制，很好地弥补了可见光成像的不足之处。在接近绝对零度的太空背景衬托下，红外成像可以获得较大的温度对比度和较好的成像效果。但相比可见光成像技术，红外成像存在分辨率不高、响应率低等不足。
[0005]此外，目前普通的民用相机在结构设计上难以承受运载火箭发射时产生的巨大冲击和振动，同样也无法适应太空环境中的宇宙辐射和单粒子效应。
[0006]基于上述，目前亟需提供一种能够集成可见光成像和红外成像的成像设备，使其兼有可见光成像分辨率高和红外成像不受光照限制的优点，在任何时段都能被动成像，同时还具有抗复杂力学环境和空间环境的能力。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种用于太空探测的双光谱成像设备，同时具有可见光和红外成像能力，因此兼有可见光成像分辨率高和红外成像不受光照条件限制的优点，并且能适应苛刻的空间力学和辐射环境。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种用于太空探测的双光谱成像设备，包含:下壳体，其具有一容纳腔，且顶部设置开口 ；上盖板，其覆盖设置在所述的下壳体的顶部开口上，并与所述的下壳体固定连接；信息板，其固定设置在所述的下壳体的容纳腔内；可见光成像单元，其设置在所述的信息板上，且与所述的上盖板相连接；红外成像单元，其设置在所述的信息板上，且与所述的上盖板相连接。
[0009]所述的双光谱成像设备还包含:电源板，其通过一横梁结构固定设置在所述的下壳体的容纳腔内，位于所述的信息板的上方，并与该信息板通过电性连接，提供工作电源。
[0010]所述的可见光成像单元包含:透射式的可见光镜头，其通过法兰接口直接连接安装在上盖板上；可见光传感器，其通过焊接安装在信息板上，并对准所述的可见光镜头；该可见光镜头将被摄目标按一定的放大率聚焦于可见光传感器进行光电转换，将光信号转换为数字图像。
[0011]所述的红外成像单元包含:透射式的红外镜头，其通过法兰接口直接连接安装在上盖板上，并且与所述的可见光镜头非对称设置；红外传感器，其通过焊接安装在信息板上，并对准所述的红外镜头；该红外镜头将被摄目标按一定的放大率聚焦于红外传感器进行光电转换，将光信号转换为数字图像。
[0012]所述的信息板上还设置有:信息处理单元，其分别与所述的可见光传感器和红外传感器通过电性连接，由FPGA和DSP组成，对由可见光传感器和红外传感器转换得到的数字图像进行图像处理和压缩；LVDS接口，其与所述的信息处理单元通过电性连接，输出经过图像处理和压缩的数字图像。
[0013]所述的下壳体的侧壁上设置有若干固定耳，每个固定耳上设置有第一固定孔，利用若干螺钉分别对应穿过各个第一固定孔，将下壳体固定在卫星本体上。
[0014]所述的下壳体的底部表面上的四个角落处分别设置有凸块，所述的信息板固定设置在该些凸块上，使得信息板与下壳体的底部表面之间留有间隙。
[0015]所述的下壳体的底部表面上设置有若干加强筋。
[0016]所述的下壳体的底部表面上设置有DSP散热凸台、FPGA散热凸台和红外传感器散热凸台，其分别位于DSP、FPGA和红外传感器的垂直下方。
[0017]所述的可见光镜头上设置有可见光调焦垫片，所述的红外镜头上设置有红外调焦垫片。
[0018]综上所述，本发明所提供的用于太空探测的双光谱成像设备，同时具有可见光和红外成像能力，因此兼有可见光成像分辨率高和红外成像不受光照条件限制的优点，达到太空探测等空间活动提供了一种不受时间和光照限制的连续监视效果，并且能适应苛刻的空间力学和辐射环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明中的用于太空探测的双光谱成像设备的外形示意图；
图2为本发明中的用于太空探测的双光谱成像设备的剖视图；
图3为本发明中的用于太空探测的双光谱成像设备的分解示意图；
图4为本发明中的下壳体的示意图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合图1?图4，详细说明本发明的一个优选实施例。
[0021]如图1?图3所示，本发明提供的用于太空探测的双光谱成像设备，包含:下壳体4，其具有一容纳腔，且顶部设置开口 ；上盖板3，其覆盖设置在所述的下壳体4的顶部开口上，并与所述的下壳体4固定连接；信息板6，其固定设置在所述的下壳体4的容纳腔内；可见光成像单元，其设置在所述的信息板6上，且与所述的上盖板3相连接；红外成像单元，其设置在所述的信息板6上，且与所述的上盖板3相连接。
[0022]所述的双光谱成像设备还包含:电源板5，其通过一横梁结构固定设置在所述的下壳体4的容纳腔内，位于所述的信息板6的上方，并与该信息板6通过电性连接，提供工作电源。
[0023]所述的可见光成像单元包含:可见光镜头1，其通过法兰接口直接连接安装在上盖板3上；可见光传感器7，其通过焊接安装在信息板6上，并对准所述的可见光镜头I ;该可见光镜头I将被摄目标按一定的放大率聚焦于可见光传感器7进行光电转换,将光信号转换为数字图像。
[0024]所述的红外成像单元包含:红外镜头2，其通过法兰接口直接连接安装在上盖板3上，并且与所述的可见光镜头I非对称设置；红外传感器8，其通过焊接安装在信息板6上，并对准所述的红外镜头2 ;该红外镜头2将被摄目标按一定的放大率聚焦于红外传感器8进行光电转换，将光信号转换为数字图像。
[0025]所述的可见光镜头I和红外镜头2均采用透射式设计。
[0026]所述的信息板6上还设置有:信息处理单元，其分别与所述的可见光传感器7和红外传感器8通过电性连接，由FPGA (Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)和DSP (Digital Signal Process，数字信号处理器)组成，对由可见光传感器7和红外传感器8转换得到的数字图像进行图像处理和压缩，这里提到的图像处理包括增强图像质量、提高对比度等；LVDS (Low Voltage Differential Signaling,低电压差分信号)接口，其与所述的信息处理单元通过电性连接，输出经过图像处理和压缩的数字图像。也就是说，本发明中的可见光成像谱段和红外成像谱段共用一个信息处理单元和输出接口。
[0027]如图4所示，所述的下壳体4的侧壁上设置有若干固定耳45，每个固定耳上设置有第一固定孔46，利用若干M4螺钉分别对应穿过各个第一固定孔46，将下壳体4固定在卫星本体上。
[0028]在本发明的一个优选实施例中，在下壳体4的两侧侧壁的底部两端设置共计4个固定耳45,每个固定耳上的第一固定孔46的直径为4.5mm,可通过4个M4螺钉将下壳体4固定在卫星本体上。
[0029]在本发明的一个优选实施例中，所述的上盖板3的四个角落处分别设置有第二固定孔，所述的下壳体4的顶部开口的四个角落处分别对应设置有第三固定孔，利用4个M4螺钉分别依次穿过对应的第二固定孔和第三固定孔，实现上盖板3与下壳体4之间的连接固定。
[0030]在本发明的一个优选实施例中，所述的信息板6的四个角落处分别设置有第四固定孔，所述的下壳体4的底部表面上的四个角落处分别对应设置有凸块47，在每个凸块47上开设第五固定孔，利用4个M2螺钉分别依次穿过对应的第四固定孔和第五固定孔，实现信息板6与下壳体4之间的连接固定，并且使得信息板6与下壳体4的底部表面之间留有间隙，而所述的间隙的高度即为凸块47的高度。
[0031]如图4所示，由于所述的下壳体4的底部表面与信息板6之间设置有间隙，因此在所述的下壳体4的底部表面上设置若干加强筋42，以确保整个双光谱成像设备的抗力学性倉泛。
[0032]如图4所示，同时还能够在所述的下壳体4的底部表面上设置DSP散热凸台41、FPGA散热凸台43和红外传感器散热凸台44，其分别位于DSP、FPGA和红外传感器8的垂直下方，在配合高功耗器件散热的同时，还可以对关键器件起到防护作用，加强其抗空间辐射和单粒子冲击的性能。
[0033]在本发明的一个优选实施例中，如图3所示，所述的可见光镜头I上设置有可见光调焦垫片9，所述的红外镜头2上设置有红外调焦垫片10，从而能对可见光镜头I和红外镜头2进行手动调焦，使被摄目标清晰成像。
[0034]图3所示，所述的下壳体4上还设置有可灵活拆卸的标志牌12。并且在所述的标志牌12上还设置有直角转弯形式的产品插座11，以实现模块化。
[0035]本发明提供的用于太空探测的双光谱成像设备，将可见光谱段和非制冷长波红外谱段集成在一个双光谱成像设备中，该双光谱成像设备中装有互相独立的可见光镜头和红外镜头；并且为了实现整个设备的小型化，所述的两个镜头均采用透射式设计，并通过法兰接口直接安装在上盖板上。
[0036]本发明提供的用于太空探测的双光谱成像设备，其电力线路部分包含电源板和信息板两块电路板，成像目标通过可见光镜头和红外镜头分别聚焦在信息板上的可见光传感器和红外传感器上进行光电转换获取数字图像；并通过双光谱共用的信息处理系统对数字图像进行图像处理和压缩，最终通过LVDS接口输出。
[0037]本发明提供的用于太空探测的双光谱成像设备，在下壳体上还设置有加强筋，使其能承受运载火箭发射和在轨飞行时产生的力学振动、冲击等；并且同时对核心元器件(如DSP、FPGA和红外传感器)分别配设有散热凸台，通过加固防护和冗余设计等手段，使其能适应空间环境的辐射、单粒子效应等。
[0038]综上所述，本发明所提供的用于太空探测的双光谱成像设备，同时具有可见光和红外成像能力，因此兼有可见光成像分辨率高和红外成像不受光照条件限制的优点，达到太空探测等空间活动提供了一种不受时间和光照限制的连续监视效果，并且能适应苛刻的空间力学和辐射环境。
[0039]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，包含: 下壳体(4),其具有一容纳腔，且顶部设置开口 ； 上盖板(3),其覆盖设置在所述的下壳体(4)的顶部开口上，并与所述的下壳体(4)固定连接； 信息板(6),其固定设置在所述的下壳体(4)的容纳腔内； 可见光成像单元，其设置在所述的信息板(6)上，且与所述的上盖板(3)相连接； 红外成像单元，其设置在所述的信息板(6)上，且与所述的上盖板(3)相连接。
2.如权利要求1所述的用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，还包含电源板(5),其通过一横梁结构固定设置在所述的下壳体(4)的容纳腔内，位于所述的信息板(6)的上方，并与该信息板(6)通过电性连接，提供工作电源。
3.如权利要求2所述的用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，所述的可见光成像单元包含: 透射式的可见光镜头(1),其通过法兰接口直接连接安装在上盖板(3 )上； 可见光传感器(7),其通过焊接安装在信息板(6 )上，并对准所述的可见光镜头(1):其中，所述的可见光镜头(1)将被摄目标按一定的放大率聚焦于可见光传感器(7)进行光电转换，将光信号转换为数字图像。
4.如权利要求3所述的用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，所述的红外成像单元包含: 透射式的红外镜头(2),其通过法兰接口直接连接安装在上盖板(3)上，并且与所述的可见光镜头(1)非对称设置； 红外传感器(8),其通过焊接安装在信息板(6)上，并对准所述的红外镜头(2)； 其中，所述的红外镜头(2)将被摄目标按一定的放大率聚焦于红外传感器(8)进行光电转换，将光信号转换为数字图像。
5.如权利要求4所述的用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，所述的信息板(6)上还设置有: 信息处理单元，其分别与所述的可见光传感器(7)和红外传感器(8)通过电性连接，由？？以和03？组成，对由可见光传感器(7)和红外传感器(8)转换得到的数字图像进行图像处理和压缩； 1^03接口，其与所述的信息处理单元通过电性连接，输出经过图像处理和压缩的数字图像。
6.如权利要求1所述的用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，所述的下壳体(4)的侧壁上设置有若干固定耳(45),每个固定耳上设置有第一固定孔(46),利用若干螺钉分别对应穿过各个第一固定孔(46),将下壳体(4)固定在卫星本体上。
7.如权利要求1所述的用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，所述的下壳体(4)的底部表面上的四个角落处分别设置有凸块(47),所述的信息板(6)固定设置在该些凸块(47 )上，使信息板(6 )与下壳体(4)的底部表面之间留有间隙。
8.如权利要求7所述的用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，所述的下壳体(4)的底部表面上设置有若干加强筋(42).
9.如权利要求7所述的用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，所述的下壳体(4)的底部表面上设置有03？散热凸台(41 ?、？？以散热凸台(43)和红外传感器散热凸台(44),其分别位于03？、？？以和红外传感器(8)的垂直下方。
10.如权利要求1所述的用于太空探测的双光谱成像设备，其特征在于，所述的可见光镜头(1)上设置有可见光调焦垫片(9 )；所述的红外镜头(2 )上设置有红外调焦垫片(10 )。
【文档编号】G01J3/02GK104359557SQ201410744658
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】张卫华, 侯建文, 张玉花, 王峰, 何峰, 杨逸峰, 吴昊, 唐尧文, 窦伟, 井丽红 申请人:上海新跃仪表厂