第七十一章 鹰眼设计
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正如葛森对杨辉说的，鹰击-1的成功与否很大程度上取决于鹰眼的性能。虽然光机所10年前就已经有成熟的高空高速摄像机了，但是仅仅是人工拍摄的胶片摄像机，和现在他们要研发的数码摄像机完全是两个概念。两者虽然在成像上只有胶片和CCD的区别，但是摄像机的结构区别差别可不小。
杨韦和唐昌宏被光机所的李宏邀请一起参与鹰眼的研制工作，由于唐昌宏的飞龙外形结构推翻重新设计需要花费大量的时间，所以他来不了光机所参加鹰眼的研制。而杨韦的飞控系统有60%的工作量落在鹰眼的摄像以及后端的成像上，所以他成了光机所的常客。
按照李宏组长给他分配的任务，杨韦主要是协助设计调焦系统和防震系统。真是不看不知道，一看吓一跳，光机所设计的鹰眼光学镜头完全颠覆了他的认识。原本杨韦的光学成像知识仅限于小孔成像和凹凸镜的组合，但是光机所几天的见闻可算是让他见识到了什么叫精密光学机械。
为此杨韦在狠狠的恶补了几天光学方面的知识后，还在休息的时间还专门请教的李宏，“李组长，这几天真是大开眼界，光机所的竟然都用上了计算机辅助设计！你是不知道我们还在用纸和笔一张纸的画着图纸呢？”
“少见多怪，60年代开始国际上已经开始使用计算机进行初期最佳化光学路径搜寻和计算复杂的影响品质了，如MTF（调制度传递函数）等。MTF 值不但可以反映镜头的反差，也可以反映镜头的分辨率，这你应该知道。”
“当然，MTF应该是每一个镜头在出厂的时候都应该实际测试的。李组能不能给我普及下高空摄像机镜头的要求？”
杨韦要是这几天没恶补相关知识还真不知道MTF是什么。众所周知，对照片成像素质影响最大的是镜头的分辨率和反差。分辨率的单位是线对/毫米（lp/mm），相邻的黑白两条线可以称为一个线对，每毫米能够分辨出的线对数就是分辨率。
如何测试镜头的分辨率和反差呢？通用做法是利用拍摄正弦光栅（黑白相间的栅格）的方法进行测试，当正弦光栅稀疏时，测量出的调制度M 几乎等于正弦光栅的调制度；当所拍摄的正弦光栅密集时时，镜头成像的调制度逐渐下降。
对于原来调制度为M 的正弦光栅，如果经过镜头到达像平面的像的调制度为M ’，则MTF函数值为：MTF 值= M ’/ M。由此可见，MTF 值必定大于0，小于1。MTF 值越接近1，说明镜头的性能越优异。
李宏点点头，很满意杨韦旺盛的求知欲：“高空摄像机镜头的基本要求是质量要轻，分辨率要高，相对照度要高，畸变要小，波段覆盖范围要宽等。我们现在设计的鹰眼镜头的结构为全玻璃镜片结构，共七片，分为四组，每组中含一片非球面，一只镜片上只安排一面为非球面，另一面为球面。你知道为什么吗？”
“这个我知道，若在一只镜片上安排两面为非球面，则实现两面同轴同心的工艺难度较大，一面球面一面非球面可以方便在工艺上实现两面同轴同心。”杨韦回答道。
李宏见杨韦是真的下了功夫倒也是谈兴大增：“这次设计的鹰眼焦距142.000 mm，后焦距41.452 mm，镜头自身总长175.591 mm，光学总长217.043 mm，光圈数4.5，光阑孔径31.6 mm，入瞳孔径61.643 mm，出瞳孔径32.69 mm，像高50.08 mm，相对照度87.6%，视场角20°，全视场分辨率大于 275 线对/mm。可以说在飞龙以5000米的高度巡航时基本可以分辨地表的人、设施等。”
“李组，这次我们采用的是CCD成像，与传统的胶卷成像在镜头上有什么差异吗？”
李宏很吃惊杨韦可以问出这么有层次的问题：“传统胶卷对紫外线比较敏感，外拍时常需要加装UV镜。而CCD对红外线比较敏感，镜头增加特殊的镀层或外加滤镜也会大大提高成像质量。这个具体怎么处理还需要进一步实验比对。”
杨韦听完了不自觉的鼓起了掌，“但是这一个鹰眼的镜头，我看就能获得几百项专利了，可以衍变出一款畅销的数码摄像机了。”
李宏摆摆手：“还早，就不说高质量的CCD现在我国还不能生产。就光学镜头而言，它涉及到光学技术、机械技术等。我国现在光学镜片的制造还远比不上莱卡，卡司、佳能等外国厂家。如果大规模生产的话，必定是比不过人家的。”
其实光学镜头制造行业是一个资金密集、并融合了光学技术、机械技术和电子技术等诸多现当代先进科技的技术引领型产业。一方面，光学镜头制造行业对自动化精密生产、检测设备的投入要求较大；另一方面，该行业的技术含量较高，工艺技术和生产管理水平直接影响产品质量和良品率高低，直接决定企业在市场竞争中的成本优势，并对产能规模提升形成制约。
杨韦直说：“受教了，受教了。不过我相信以华国人的智慧会逐渐赶上外国先进技术的。”
“当然，这一点我从不质疑。”
“不过，李组，鹰眼高速的性能是怎么设计的？胶卷摄像机是靠胶片的快速运动，那么C/h的速度下拍摄清晰吗？刚才你说的鹰眼的视角在20度，我稍微算了下那么它的拍摄面积大约在2平方公里左右，飞龙想要飞出这个拍摄范围还要十几秒呢。”
李宏也是知无不言：“20度是最大范围，鹰眼的最佳视角范围是在10度左右，那么拍摄面积也就0.5平方公里，也就是飞龙在5内就可以飞出拍摄范围了。我不知道你怎么理解高速的？我理解的是鹰眼的高速功能并不是一定要每秒达到500帧以上，这样的话不仅是数据处理不过来，而且很大程度上是浪费。鹰眼高速的目的是多副照片的叠加以提高图片的分片率。具体的拍摄速度还要后期更加实际拍摄而定。”
“李组，真是与君一席话，胜读十年书啊！和你一番交谈后我才发现，在设计飞龙的时候，我是有多么的想当然了，完全是生搬硬套，要不是你们光机所出马帮助，我真不知道该如何是好了。”杨韦听完李宏的想法后，感慨的说。
“多交流，多学习。这是学术的魅力所在。”
........
正如葛森对杨辉说的，鹰击-1的成功与否很大程度上取决于鹰眼的性能。虽然光机所10年前就已经有成熟的高空高速摄像机了，但是仅仅是人工拍摄的胶片摄像机，和现在他们要研发的数码摄像机完全是两个概念。两者虽然在成像上只有胶片和CCD的区别，但是摄像机的结构区别差别可不小。
杨韦和唐昌宏被光机所的李宏邀请一起参与鹰眼的研制工作，由于唐昌宏的飞龙外形结构推翻重新设计需要花费大量的时间，所以他来不了光机所参加鹰眼的研制。而杨韦的飞控系统有60%的工作量落在鹰眼的摄像以及后端的成像上，所以他成了光机所的常客。
按照李宏组长给他分配的任务，杨韦主要是协助设计调焦系统和防震系统。真是不看不知道，一看吓一跳，光机所设计的鹰眼光学镜头完全颠覆了他的认识。原本杨韦的光学成像知识仅限于小孔成像和凹凸镜的组合，但是光机所几天的见闻可算是让他见识到了什么叫精密光学机械。
为此杨韦在狠狠的恶补了几天光学方面的知识后，还在休息的时间还专门请教的李宏，“李组长，这几天真是大开眼界，光机所的竟然都用上了计算机辅助设计！你是不知道我们还在用纸和笔一张纸的画着图纸呢？”
“少见多怪，60年代开始国际上已经开始使用计算机进行初期最佳化光学路径搜寻和计算复杂的影响品质了，如MTF（调制度传递函数）等。MTF 值不但可以反映镜头的反差，也可以反映镜头的分辨率，这你应该知道。”
“当然，MTF应该是每一个镜头在出厂的时候都应该实际测试的。李组能不能给我普及下高空摄像机镜头的要求？”
杨韦要是这几天没恶补相关知识还真不知道MTF是什么。众所周知，对照片成像素质影响最大的是镜头的分辨率和反差。分辨率的单位是线对/毫米（lp/mm），相邻的黑白两条线可以称为一个线对，每毫米能够分辨出的线对数就是分辨率。
如何测试镜头的分辨率和反差呢？通用做法是利用拍摄正弦光栅（黑白相间的栅格）的方法进行测试，当正弦光栅稀疏时，测量出的调制度M 几乎等于正弦光栅的调制度；当所拍摄的正弦光栅密集时时，镜头成像的调制度逐渐下降。
对于原来调制度为M 的正弦光栅，如果经过镜头到达像平面的像的调制度为M ’，则MTF函数值为：MTF 值= M ’/ M。由此可见，MTF 值必定大于0，小于1。MTF 值越接近1，说明镜头的性能越优异。
李宏点点头，很满意杨韦旺盛的求知欲：“高空摄像机镜头的基本要求是质量要轻，分辨率要高，相对照度要高，畸变要小，波段覆盖范围要宽等。我们现在设计的鹰眼镜头的结构为全玻璃镜片结构，共七片，分为四组，每组中含一片非球面，一只镜片上只安排一面为非球面，另一面为球面。你知道为什么吗？”
“这个我知道，若在一只镜片上安排两面为非球面，则实现两面同轴同心的工艺难度较大，一面球面一面非球面可以方便在工艺上实现两面同轴同心。”杨韦回答道。
李宏见杨韦是真的下了功夫倒也是谈兴大增：“这次设计的鹰眼焦距142.000 mm，后焦距41.452 mm，镜头自身总长175.591 mm，光学总长217.043 mm，光圈数4.5，光阑孔径31.6 mm，入瞳孔径61.643 mm，出瞳孔径32.69 mm，像高50.08 mm，相对照度87.6%，视场角20°，全视场分辨率大于 275 线对/mm。可以说在飞龙以5000米的高度巡航时基本可以分辨地表的人、设施等。”
“李组，这次我们采用的是CCD成像，与传统的胶卷成像在镜头上有什么差异吗？”
李宏很吃惊杨韦可以问出这么有层次的问题：“传统胶卷对紫外线比较敏感，外拍时常需要加装UV镜。而CCD对红外线比较敏感，镜头增加特殊的镀层或外加滤镜也会大大提高成像质量。这个具体怎么处理还需要进一步实验比对。”
杨韦听完了不自觉的鼓起了掌，“但是这一个鹰眼的镜头，我看就能获得几百项专利了，可以衍变出一款畅销的数码摄像机了。”
李宏摆摆手：“还早，就不说高质量的CCD现在我国还不能生产。就光学镜头而言，它涉及到光学技术、机械技术等。我国现在光学镜片的制造还远比不上莱卡，卡司、佳能等外国厂家。如果大规模生产的话，必定是比不过人家的。”
其实光学镜头制造行业是一个资金密集、并融合了光学技术、机械技术和电子技术等诸多现当代先进科技的技术引领型产业。一方面，光学镜头制造行业对自动化精密生产、检测设备的投入要求较大；另一方面，该行业的技术含量较高，工艺技术和生产管理水平直接影响产品质量和良品率高低，直接决定企业在市场竞争中的成本优势，并对产能规模提升形成制约。
杨韦直说：“受教了，受教了。不过我相信以华国人的智慧会逐渐赶上外国先进技术的。”
“当然，这一点我从不质疑。”
“不过，李组，鹰眼高速的性能是怎么设计的？胶卷摄像机是靠胶片的快速运动，那么C/h的速度下拍摄清晰吗？刚才你说的鹰眼的视角在20度，我稍微算了下那么它的拍摄面积大约在2平方公里左右，飞龙想要飞出这个拍摄范围还要十几秒呢。”
李宏也是知无不言：“20度是最大范围，鹰眼的最佳视角范围是在10度左右，那么拍摄面积也就0.5平方公里，也就是飞龙在5内就可以飞出拍摄范围了。我不知道你怎么理解高速的？我理解的是鹰眼的高速功能并不是一定要每秒达到500帧以上，这样的话不仅是数据处理不过来，而且很大程度上是浪费。鹰眼高速的目的是多副照片的叠加以提高图片的分片率。具体的拍摄速度还要后期更加实际拍摄而定。”
“李组，真是与君一席话，胜读十年书啊！和你一番交谈后我才发现，在设计飞龙的时候，我是有多么的想当然了，完全是生搬硬套，要不是你们光机所出马帮助，我真不知道该如何是好了。”杨韦听完李宏的想法后，感慨的说。
“多交流，多学习。这是学术的魅力所在。”
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