基于MSP430單片機的CCD相機調光電控系統設計

　　1.引言

　　自我國研制出第一臺大型經(jīng)緯儀以來(lái)，攝影一直是電影經(jīng)緯儀用于對飛行器（導彈，火箭，宇宙飛船）的主要測量記錄手段。攝影膠片記錄的內容在判讀時(shí)能否被發(fā)現，與目標相對背景的對比度有極重要的關(guān)系。調光的目的在于使膠片的曝光量保持在膠片感光特性曲線(xiàn)的直線(xiàn)段所規定的范圍之內：

　?。╮為底片反差系數），而不受外界背景亮度變化的影響。以前經(jīng)緯儀傳統的攝影調光是采用變換平衡電橋參數的方法來(lái)控制像面照度，檢測元件為光敏電阻。為了適應膠片感光度、攝影頻率和天空背景亮度等各種攝影條件。就要由操作人員來(lái)裝定數種不同，并按一定關(guān)系排列的背景照度值。每次攝影時(shí)，預先用照度計測出天空背景照度值，還要查曝光列表，選擇合適的電阻裝定在檢測電橋的一個(gè)臂上，用來(lái)設定背景照度值。模擬信號經(jīng)過(guò)伺服放大驅動(dòng)直流電機帶動(dòng)密度盤(pán)轉動(dòng)，實(shí)現自動(dòng)調光。這樣的系統，調光精度差，不穩定環(huán)節多，調整方法復雜，很難滿(mǎn)足現代高速寬范圍攝影系絨調光要求。

　　八十年代中期，針對1~200幀/秒，高速寬范圍攝影系統的要求，研制一種新型調光系統。仍然采用變密度盤(pán)調節像面照度，同時(shí)可連續地75.~120.調節旋轉式快門(mén)的開(kāi)口角，精確控制曝光時(shí)間，系統中應用了單片微型計算機，實(shí)現智能型自動(dòng)控制，只要將攝影頻率、膠片感光度給定，單片機就代替操作人員自動(dòng)選擇背景照度，同時(shí)根據計算和邏輯斷準確控制照度值和曝光時(shí)間，從而達到攝影全自動(dòng)調光目的。

　　靶場(chǎng)經(jīng)緯儀在經(jīng)過(guò)CCD改裝后，其調光方法一般是根據天氣與航路光線(xiàn)情況設置相機積分時(shí)間，然后手動(dòng)調整5檔可變密度盤(pán)，在進(jìn)行攝影時(shí)，由于相機曝光量也不能連續調整，使得CCD攝影達不到理想的效果。

　　根據此種情況與現代電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，設計了一種基于MSP430單片機的CCD攝影自動(dòng)調光電控系統，在CCD攝影過(guò)程中能根據監視器的效果進(jìn)行連續的自動(dòng)或半自動(dòng)像面光強調整，使目標與背景的對比度高，從而達到理想的攝影成像效果。

　　2.調光系統的組成及工作原理

　　調光系統主要由可變密度盤(pán)，光敏元件，處理電路，步近機及其功率機組成，其組成關(guān)系如圖1所示。

　　在攝影過(guò)程中，CCD靶面上的曝光量為：

　　其中：

　　E為像面照度；T為CCD攝影積分時(shí)間。

　　像面照度的表達式為：

　　由（3）可見(jiàn)：當0 B , 1 K , 2 K 和τ 的結構參數確定后，則CCD靶面照度隨天空背景亮度而改變。

　　曝光時(shí)間T即為CCD相機的攝影積分時(shí)間，可以根據攝影頻率和光路情況選擇一個(gè)合適的參數，其大小一般為1~100mS.

　　從系統原理框圖見(jiàn)，自動(dòng)調光由單片機控制一對中性可變密度盤(pán)來(lái)控制像面照度。中性可變密度盤(pán)是裝在望遠物鏡攝影系統會(huì )聚光路中的一對中性濾光片，這對濾光片的透過(guò)率是隨其轉角按一定函數關(guān)系連續變化的。其總的變化量相當于六級光圈32倍。光圈的示值刻在調光手鈕上。調光手鈕裝在可折卸的自動(dòng)調光調焦操面板上，中間通過(guò)聯(lián)軸節與中性可變密度盤(pán)步進(jìn)電機相連。

　　像面照度的檢測元件為光敏三極管，它置于攝影CCD靶面面前視場(chǎng)的邊緣。接收主光路進(jìn)來(lái)的背景光，經(jīng)像面照度值檢測電路進(jìn)行光電轉換，得出像面照度。

　　當選擇自動(dòng)調光方式時(shí)，根據控制面板上參數設置旋鈕的設置照度參數值，設定CCD靶面照度。然后像面照度值，照度設置參數由多路開(kāi)關(guān)按地址分時(shí)經(jīng)過(guò)樣保持器由A/D模數轉換器轉換成數字量讀入單片機內存。單片機根據光敏三極管檢測的照度值，照度設置參數，實(shí)時(shí)計算出檢測照度與輸入參數設定的曝光標準量比較，得出照度誤差。單片機根據此誤差量。選擇最佳照度值控制量，由步進(jìn)機帶動(dòng)中性可變密度盤(pán)，控制照度誤差逐漸減少，直至誤差趨近于零，步進(jìn)機停止運轉。如背景光不斷變化，此調整也不斷進(jìn)行。

　　當選擇半自動(dòng)工作方式，操作人員根據監視器效果來(lái)控制步進(jìn)機使變密度盤(pán)前進(jìn)或后退，從而使透光量比較連續增加或減少，得到理想的成像效果。若是變化的光路，操作人員可以根據監視器成像不斷調整。

　　3.控制電路

　　主要控制電路由像面照度檢測電路，照度設置電路，多路開(kāi)關(guān)與采樣保持器，A/D轉換電路，單片機及功率機模塊等組成。

　　像面照度檢測電路由光敏三板管接收主光路射入的天空背景光，并轉換成與天空的背景亮度成正比的電壓值，輸出0~10V直流電壓。