本发明专利技术公开了一种高分辨率成像系统，包括光学相机、机载数据处理系统和实时传输的图像传输设备。在成像系统的外壳顶部安装有遮光罩面罩。所述的光学相机由四个镜头阵列组成，每个镜头采用线阵CCD，机载数据处理系统对每个相机得到的图像进行拼接处理，得到大视场范围的高分辨率图像，这样就可以在不增加焦平面阵列探测器探测像素总数的情况下，提高成像系统的分辨率，消除探测器因填充因子带来的探测盲区。图像传输设备将图像实时传输到地面接收系统进行处理并传输到用户，实现地面目标的实时临控。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种地面实时成像系统，特别是一种高分辨率成像系统，该成像系统 搭载到临近空间的无人机上，该系统包括光学相机阵列、机载数据处理系统和实时传输的 图像传输设备。在所述成像系统的外壳顶部安装有可展开及闭合的遮光罩面罩，遮光罩对 日随动以遮挡太阳杂散光。所述的光学相机阵列由四个镜头组成，每个镜头采用线阵CCD， 其中四个线阵CCD探测器分别错开半个像元，随着无人机的飞行实现对地物目标的扫描， 从而得到四幅不同空间位置的图像，机载数据处理系统对每个相机得到的图像进行拼接处 理，得到大视场范围的高分辨率图像，这样就可以在不增加焦平面阵列探测器探测像素总 数的情况下，提高成像系统的分辨率，消除探测器因填充因子带来的探测盲区。实时传输的 图像传输设备采用压缩编码对图像进行压缩将相机得到的图像通过发射机发射到地面接 收系统，对图像进行处理后并传输到用户，最终实现地面目标的实时监控。
技术介绍
所述临近空间，是指位于20km~100km的高度，贯穿平流层、中间大气层和电离层 的空间范围。由于临近空间平台可在临近空间长时间、持续飞行，且具有长时间滞空定点工 作、针对性强、侦察范围广、较航天平台靠近地面等特点，能够与预警飞机和侦察卫星构成 全维一体的侦察体系，发挥情报搜集的整体优势，实现对动目标连续监视以及区域成像，因 此近几年来得到了快速的发展。 临近空间飞行器包括平流层飞艇、浮空气球和高空无人机等。随着近年来人们对 临近空间的重视，临近空间飞行器技术逐渐成熟，临近空间无线通信也越来越多地被人们 所关注。与航空平台相比，它提供的覆盖范围更大，可以长时间的驻留，生存能力强，与卫星 相比，其轨道较低，可进行高分辨率针对特定地区的长期连续定点目标探测或跟踪，可作为 预警、战区和热点地区观测平台。 目前机载高分辨率光电系统都具有小视场角，同等飞行高度下覆盖的地面范围相 对较小，这是光电系统使用的一个限制因素。随着军事侦察、国土资源勘查等军民应用领 域对高分辨率遥感图像需求的不断增加，低成本获取高分辨率图像成为当前遥感领域的研 究热点。目前，为获取高分辨率图像的方法主要有增大相机光学焦距、降低载具飞行高度或 者减小探测器单个像元尺寸。但是，增大相机的焦距会使成像系统体积变大，而且光学零件 的加工难度也会增大，成本提高；而随着载具飞行高度的降低，覆盖的地面范围也会随之减 小；采用小像元尺寸的探测器可以充分发挥光学系统的成像潜力，但是目前的工艺水平已 经使像元尺寸达到了它的极小值，随着探测器像元尺寸减少，散粒噪声也将会增大，像元接 收到的最小光照度减小，灵敏度降低。此外，这些方法均需要对硬件主系统进行升级改造， 成本较高。
技术实现思路
为了解决临近空间机载成像系统高分辨率的问题，本专利提供一种新型地面实时 成像系统，搭载于临近空间无人机上，通过改变探测器的采样模式实现提高成像系统地面 像元分辨率，并将得到的图像资料实时传回到地面处理系统，从而达到实时监控地面目标 的目的。优选的，本专利技术所述的临近空间机载地面实时传输成像系统视场角为6°，扫描幅 宽为2.lkm(飞行高度为20km)区域的图像，可实现地面目标的实时监控。 本专利技术所述的成像系统由三部分组成：光学相机阵列、机载数据处理系统和实时 图像无线传输系统。所述的光学相机阵列由四个相同的镜头组成，每个镜头采用线阵CCD， 由此形成四个CCD探测器，所述的四个CCD探测器分别错开半个像元，从而得到不同空间位 置的图像，整个成像系统前端配置遮光罩，在中央控制模块及微型驱动电机的驱动下，实现 对日随动，遮挡太阳杂散光。 机载数据处理系统对每个相机得到的图像进行拼接，从而得到大视场范围的高分 辨率图像，这样就可以在不增加焦平面阵列探测器探测像素总数的情况下，系统的分辨率 最大可提高一倍，从而消除探测器因填充因子带来的探测盲区。 实时图像无线传输系统包括机载微型发射机、直流电源、便捷式一体接收机。发射 机与成像系统连接，无线传输方式为远程微波图像传输方式，可无线同步传输数据信号和 图像信号，所获得的图像实时、连续、无失真；所得的数据准确、可靠。传输距离远（l〇km~ 100km)、覆盖范围大、可扩展性强，从而可实现实时高分辨率图像的传输。 本专利技术专利和现有的成像系统相比，具有如下优点： (1)可搭载于邻近空间无人机上，具有时效性强、准确度高、范围广、机动灵活、针 对性强等特点； ⑵配置对日随动的遮光罩，以避免杂散光对相机阵列成像的影响； (3)采用相机阵列，通过机载数据处理系统将相机获得的进行图像拼接获得高分 辨率图像； (4)具有图像无线发射机和地面接收机，可将机上获得的图像实时传输到地面接 收系统，实现对地面目标的实时监控。【附图说明】 图1是临近空间机载地面实时成像系统组成示意图。 图2是临近空间机载地面实时成像系统剖面图，图中1表示卡环，2表示光学窗口， 3表7K光学相机，4表7K成像系统外壳，5表7K稳定转台，6表7K光学相机的光学镜片组，7表 不滤光片，8表τκ光学相机中的线阵CCD探测器，9表τκ光学相机中的镜筒。 图3是卡环结构图，卡环用于将窗口玻璃固定在系统外壳中，卡环非常薄，所以对 通光孔径只有微小的影响。图中10表示圆形橡胶密封圈，橡胶密封圈作用有两个：一是用 于封闭光学系统，二是保护光学窗口玻璃，图中山表示卡环的厚度，山=20mm，d2 = 16mm, 山与d2之间的厚度为卡槽的厚度，图中R!表示卡环的外径，R! = 210mm, R2 = 206mm, R3 = 202mm其中札和R2之间的距离为螺纹的深度，R2和R3之间为卡槽，用于辅助卡环的安装， 卡环的内径R4=200mm。 图4是遮光罩结构原理图，11表示在遮光罩与光学相机连接平面处，用于驱动遮 光罩主体对日随动的微型电机安装舱。12表τκ用于驱动遮光罩面罩的微型驱动电机安装 舱。13表τκ遮光罩底部与驱动微型驱动电机相咬合的齿轮。图中14表τκ遮光罩面罩，齿 轮13与安装于遮光罩底部微型驱动电机的齿轮相咬合，实现由微型电机驱动遮光罩对日 360°随动。15表τκ在遮光罩面罩背面安装驱动电机与遮光罩面罩连接部件的安装舱。 图5是遮光罩面罩结构图，图中14表7K遮光罩面罩，15表7K在遮光罩面罩背面安 装驱动电机与遮光罩面罩连接部件的安装舱。图6是遮光罩遮光原理图，4表7K成像系统外壳，14表7K遮光罩面罩，16表7K太阳 光线。当出现光学载荷与太阳夹角较小时，面罩可以根据计算得到的角度闭合，实现在一定 观测视场内目标的探测。 图7是C⑶排布方案示意图，图中17表示与光学相机阵列配套的(XD探测器1，18 表示与光学相机阵列配套的CCD探测器2,19表示与光学相机阵列配套的CCD探测器3, 20 表示与光学相机阵列配套的CCD探测器4,其中探测器17-20的像元大小皆为PXP，探测器 1与探测器3之间间隔η个像元且横向错开半个像元，探测器1与2在同一水平线上，之间 间隔至少为220_，为光学相机的安装流出余量，探测器2与探测器4之间间隔η+1个像元 且横向错开半个像元，探测器3与4也在同一水平线上，之间间隔至少为220mm。 图8是光学相机采样示意图。 图9是图像拼接过程，由本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种临近空间机载地面实时成像系统，所述成像系统搭载到临近空间的无人机上，包括光学相机阵列、机载数据处理系统、实时图像无线传输设系统三个部分。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙小玲，解维浩，周斌，刘恩晓，李辉，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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