基于共軛成像技術(shù)的助航燈光強(qiáng)檢測方法分析

楊威

摘要：在目視助航系統(tǒng)中，機(jī)場助航燈具是非常關(guān)鍵的構(gòu)成部分，它的光度學(xué)參數(shù)能夠?qū)艟吖ぷ髑闆r進(jìn)行檢驗，是關(guān)鍵的參考依據(jù)，通常會運用的檢測方法包括，在拆卸完成之后，開展離線檢測，借助巡檢車輛實現(xiàn)在線檢測，但是第一種檢測方式需要比較長的維護(hù)周期，第二種檢測方式的使用成本相對較高?；诖宋恼陆o出了如下文所述的檢測系統(tǒng)，以期能為相關(guān)人員提供借鑒。

關(guān)鍵詞：助航燈具;光強(qiáng)檢測;CCD測量元件;LED陣列

引言：在目視助航系統(tǒng)中，助航燈光起著關(guān)鍵性作用，它包含多種燈具，比如跑道上對起降起一定引導(dǎo)作用的燈具，亦或是在滑行道上發(fā)揮指示作用的燈具，它的作用是為了在夜間等的狀況下，對跑道與滑行道情況進(jìn)行標(biāo)示，給予駕駛者一定的地面參考，防止出現(xiàn)飛行事故。助航燈光屬于信號光源，它對光度學(xué)參數(shù)有著非常高的要求，與此同時，其中心光強(qiáng)也很高，在出射角范圍上也有著苛刻的要求。對此，有必要對助航燈具開展定期維護(hù)及檢測工作。伴隨航空業(yè)的發(fā)展，在運輸安全方面越來越重視，這就亟需迅速及準(zhǔn)確地完成助航燈光檢測工作。

1.系統(tǒng)構(gòu)成

對于照度檢測系統(tǒng)來講，其包含著較多的構(gòu)成成分，例如PC機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)等，圖1所示為系統(tǒng)構(gòu)成。針對助航燈具而言，在其前面放置檢測裝置，并把燈具當(dāng)作電源，光線照射于測試屏幕，產(chǎn)生相應(yīng)的光斑，接下來通過線陣CCD（電荷耦合器件），對光斑微元開展成像及取樣，從下到上對屏幕開展采樣。無論是器件還是測試屏幕，因為二者的位置是固定的，所以在進(jìn)行采樣時，所對應(yīng)的面積微元，在把灰度值傳到PC機(jī)的時候，通過PC機(jī)針對每一個像素點，根據(jù)位置開展標(biāo)記，同時借助線陣CCD參數(shù)，對灰度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便能夠形成照度，將其運用于光強(qiáng)分布計算[1]。CCD屬于一種光電傳感器，在其硬件部分中包含著較多的成分，例如光敏單元，在可以傳遞信息的同時，也能達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的目的，主要是用來采集以及采樣光信號，圖2所示為測量原理。

光線通過屏幕反射之后，借助光學(xué)系統(tǒng)的作用，成像于像敏單元，然后對光強(qiáng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生電荷包，同時通過驅(qū)動信號，形成電壓信號輸出。對于信號幅值來講主要和兩個變量有聯(lián)系，一是光信號大小，二是照射時間。通過對CCD的使用，進(jìn)一步來拍攝測試屏幕，并且產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，這樣易于進(jìn)行上傳，而對于傳輸模塊，就是用來暫存電信號，通過對PC機(jī)的利用，除了能夠接收該信號，也可以實現(xiàn)存儲，同時借助已有的參數(shù)，對該組信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便能夠形成照度數(shù)據(jù)，結(jié)合驅(qū)動信號，判斷步進(jìn)電機(jī)需不需要動作，并且讓CCD轉(zhuǎn)向測量角度。圖3所示為系統(tǒng)流程。

開展光強(qiáng)檢測時，應(yīng)當(dāng)借助傳感器收集強(qiáng)度，并在基礎(chǔ)上對光強(qiáng)進(jìn)行計算，當(dāng)選取傳感器時，CCD由于具備一系列優(yōu)勢，例如穩(wěn)定性理想、成像所需時間短，從而被看成光度學(xué)傳感器，而對于CCD一般主要有兩類，也就是面陣以及線陣，基于對現(xiàn)場檢測的考慮，對于檢測系統(tǒng)來講應(yīng)當(dāng)滿足這樣的條件，即方便、經(jīng)濟(jì)以及快速，與線陣CCD進(jìn)行比較，面陣CCD需要投入更多的成本，并且在采樣之后，數(shù)據(jù)偏多有礙于進(jìn)行處理，因此選擇線陣CCD[2]。為測試屏幕上的信號，當(dāng)傳至上位機(jī)的時候，朝著PC機(jī)傳輸有關(guān)的中斷信號，表明采集已經(jīng)結(jié)束，接下來通過PC機(jī)傳輸驅(qū)動信號，促使CCD到達(dá)測量角度。文章將把LED陣列當(dāng)作例子，對光強(qiáng)檢測開展探討。

2.光強(qiáng)檢測方法的確定

現(xiàn)如今針對助航燈具，關(guān)于對其光強(qiáng)的檢測，一般可以選擇兩種方法，也就是傳統(tǒng)檢測以及在線檢測。不過就前者而言，要對燈具進(jìn)行拆卸處理，移到實驗室里面，把燈具固定于轉(zhuǎn)臺，二者間確保一定的距離，也就是遠(yuǎn)場條件，接下來通過透鏡等進(jìn)一步來分束光線，針對探測元件光線，確保其屬于空間角里的光束。把獲取到的數(shù)據(jù)代進(jìn)有關(guān)公式，基于某一空間角，就可以獲取相應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度。然后通過轉(zhuǎn)臺控制，進(jìn)入既定的空間，通過不斷重復(fù)這樣的操作，就能夠獲取整個光強(qiáng)分布。對于這一種方法來講，無論是轉(zhuǎn)臺控制還是檢測空間，都有著相對高的要求，一般被運用于學(xué)校以及研究所等，檢測所需周期相對長，需要投入較多的成本，伴隨運轉(zhuǎn)時間的延長，再加上航班密度的提高，若沒有設(shè)置一定的備用燈具，此方法無法達(dá)到當(dāng)班檢測，并且也不易滿足維護(hù)需求。

而對于在線檢測，能夠符合檢測速度要求，不過無論是購買成本還是維護(hù)費用，都是相對高的。除此之外，近幾年還誕生了光強(qiáng)檢測裝置，基于近場條件，可以實現(xiàn)光強(qiáng)檢測，很大程度上節(jié)約了空間，并且存在著相對理想的測量度，不過當(dāng)進(jìn)行檢測時，需對亮度數(shù)據(jù)開展積分，這樣方可獲取光強(qiáng)數(shù)據(jù)，不但費時間費精力，而且亮度計相對昂貴。本文給出這樣的一種方法，即：基于近場條件，通過照度開展光強(qiáng)檢測，把光源分成一系列子光源，同時設(shè)相應(yīng)的光強(qiáng)分布，針對照度接收面所有點，算出有關(guān)的照度分布，和具體采集值實行對比，并及時反饋兩者間的誤差，對光強(qiáng)分布進(jìn)行修正處理，讓設(shè)計值趨近于實際值。

3.CCD及照度標(biāo)定

當(dāng)開展光強(qiáng)檢測時，難以直接獲取光強(qiáng)，一般情況下利用別的光度學(xué)參數(shù)進(jìn)一步來實現(xiàn)，例如照度，由于選擇光通量等，不得不積分以及分光，所需檢測時間相對長、裝置便攜性不理想，所以選擇照度參數(shù)，將其當(dāng)作檢測量，在此基礎(chǔ)上算出光強(qiáng)分布。對于照度數(shù)據(jù)的獲取，因為基于近場條件開展測量，所以需要點間隔相對近，就普通元件尺寸而言，難以符合陣列間距需要，所以選擇CCD，將其當(dāng)作照度接收元件[3]?；诮鼒鲈O(shè)計一定的發(fā)射光，通過CCD促進(jìn)光斑成像，然后針對全部像素的灰度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而形成相應(yīng)的照度值。

4.光強(qiáng)計算方法

就光源的發(fā)光強(qiáng)度來看，其分布一般是把光源當(dāng)作點光源，它的分布特征同空間角存在很大的聯(lián)系，而實施上根本沒有真正的點光源，通常情況下，若是探測元件與光源的距離相差較遠(yuǎn)，會讓其反比定律接近滿足，把光源看成點光源，其作用條件是遠(yuǎn)場條件，在進(jìn)行光強(qiáng)檢測時，是比較常見的傳統(tǒng)方法。若是距離條件不能滿足時，可將其看作近場條件。一般來講，其探測距離應(yīng)超出光源的五倍，建議將光強(qiáng)測量誤差控制在5%上下，從而構(gòu)建遠(yuǎn)場條件。在進(jìn)行工作時，飛行員可將助航燈具看作點光源。針對發(fā)光面比較大的光源，對于現(xiàn)場燈具的運用，若是不進(jìn)行拆卸及移動，需進(jìn)行大規(guī)模的移動及采樣，利用該方法獲得面光源光強(qiáng)分布是存在一定難度的，對此需綜合分析近場環(huán)境下，開展光強(qiáng)檢測工作，同時借助近場的一系列計算，對燈具遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布進(jìn)行推導(dǎo)。

在燈具利用現(xiàn)場，由于全部LED形成一個整體，難以借助單個光強(qiáng)分布，針對陣列面光源，獲得與之相關(guān)的光強(qiáng)分布，對于每一個LED，不知道它們的光強(qiáng)分布狀況，并且就這個時候測量點而言，其照度值屬于疊加和，因此難以開展光強(qiáng)計算。面對這樣的情況，基于照度誤差，文章給出這樣的一種方法，即：在近場區(qū)域內(nèi)選擇合適的平面，將其當(dāng)作測量平面，借助照度探頭開展移動以及采樣，從而獲取相應(yīng)的照度，接下來預(yù)設(shè)光強(qiáng)分布，在此基礎(chǔ)上對平面照度進(jìn)行計算，獲得有關(guān)數(shù)值之后，與實際照度開展對比，同時算出存在的誤差，并及時反饋這樣的誤差，以便對光強(qiáng)分布進(jìn)行更新，在誤差足夠小的情況下，能夠獲得近似光強(qiáng)分布，隨之可以獲得空間光強(qiáng)分布。圖4所示為光強(qiáng)檢測流程。

結(jié)論：針對光強(qiáng)檢測系統(tǒng)，文章闡述了其硬件構(gòu)成以及檢測流程，著重探討了測量元件CCD，基于近場條件，分析了通過照度開展檢測的難點，基于照度誤差，給出了一種行之有效的方法（如上文所述），借助照度和空間位置關(guān)系，可以獲取近似光強(qiáng)分布。

參考文獻(xiàn)：

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