用于在地球观测成像期间扫描焦平面阵列的方法及系统技术方案

一种成像系统，包括主体、耦合到所述主体的载物台、以及耦合到主体和载物台的致动器。该致动器被配置成相对于主体在一个或多个方向上移动载物台。该成像系统还包括焦平面阵列和耦合到致动器的控制器，该焦平面阵列包括一个或多个检测器并且耦合到载物台。控制器被配置以确定主体的速度，并且使致动器以与主体的速度相对应的驱动速度在一个或多个方向上对载物台进行回扫描。此外，控制器通信地耦合到一个或多个检测器，并且使一个或多个检测器在回扫描期间捕获图像数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在地球观测成像期间扫描焦平面阵列的方法及系统相关申请的交叉引用本申请要求于2018年3月30日提交的名称为“用于在地球观测成像期间扫描焦平面阵列的方法及系统”的第62/650,978号美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请所公开的内容通过引用的方式整体并入到本文中，以用于所有目的。专利技术背景已经开发了卫星成像。由于卫星地面速度，利用了凝视传感器的近地球轨道成像应用将经历图像拖尾(smear)。因此，本领域需要与卫星成像相关的改进的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术的实施例总体上涉及用于图像稳定的系统和方法，特别地，涉及利用焦平面阵列定位系统来减少图像模糊或图像拖尾。该焦平面阵列定位系统可以对焦平面阵列进行回扫描(backscan)，以减少或消除图像拖尾、改善相对边缘响应、以及使与图像相关联的积分时间(integrationtime)增加。增加积分时间可以改善传感器的信噪比，并且可以提高用以检测被观察场景中的特征的能力。对焦平面阵列进行回扫描减少或消除了对结合额外的扫描镜和复杂的机械系统来移动透镜或操纵透镜前方的视场以稳定图像的需求。根据本专利技术的实施例，一种成像系统包括：主体、载物台和致动器。在一些实施例中，致动器可以耦合到主体和载物台，并且被配置成相对于主体在一个或多个方向上移动载物台。图像传感器可以耦合到载物台。包括一个或多个检测器的焦平面阵列可以耦合到载物台。控制器可以耦合到致动器，并且被配置以确定主体的速度，并且使致动器在一个或多个方向上移动载物台，从而以与主体的速度相对应的驱动速度在所述一个或多个方向上对载物台进行回扫描。控制器可以通信地耦合到所述一个或多个检测器，并且使所述一个或多个检测器在回扫描期间捕获图像数据。在一些实施例中，所述致动器可以是压电致动器。在一些实施例中，所述成像系统包括耦合到主体的透镜。在一些实施例中，所述驱动速度可以由锯齿形曲线表征。在其它实施例中，主体的速度可以对应于航空器或卫星中的至少一者的前向速度。在一些实施例中，所述一个或多个检测器包括一个或多个焦平面阵列。所述一个或多个焦平面阵列可以包括一个或多个光谱滤波器。在一些实施例中，成像系统可以包括I/O模块，该I/O模块被配置成传输和接收主体的速度、驱动速度、或图像数据中的至少一者或多者。根据本专利技术的实施例，提供了一种方法。该方法提供主体。该方法提供耦合到主体的致动器。该方法还提供耦合到致动器的载物台。该方法提供耦合到载物台的成像平面。该方法确定与主体的移动相对应的主体速度。在一些情况下，确定主体速度包括从存储器中读取主体速度。在一些情况下，确定主体速度包括从I/O子系统接收主体速度。该方法确定与主体速度相关联的驱动速度。该方法利用致动器以相对于主体速度的驱动速度对载物台进行回扫描。在一些情况下，所述回扫描包括向致动器发送控制信号。在一些情况下，所述回扫描包括确定一个或多个增益系数以及响应于所述一个或多个增益系数来更新驱动速度。该方法在通过图像传感器对载物台进行回扫描期间捕获一个或多个帧。在一些实施例中，该方法还包括利用驱动速度和定时器来确定载物台的位置。在一些实施例中，该方法提供一个或多个载物台位置传感器，从所述一个或多个载物台位置传感器接收位置传感器数据，以及利用位置传感器数据来确定载物台位置。在一些实施例中，确定主体速度还包括从I/O子系统接收主体速度。根据本专利技术的另一实施例，提供了一种方法。该方法包括向致动器发送控制信号，从而以驱动速度开始对载物台进行回扫描。该方法还包括确定主体速度。该方法还包括确定载物台的位置。该方法还包括响应于主体速度和载物台的位置来更新驱动速度。另外，该方法包括确定载物台达到截止幅度。该方法还包括发送第二控制信号，以将该载物台复位到初始位置。在一些实施例中，该方法包括发送控制信号和将定时器复位。该方法可以利用主体速度和定时器来确定载物台的位置。在一些实施例中，确定主体速度包括以下项中的至少一者：从存储器中读取主体速度、从I/O子系统接收主体速度、以及从传感器接收主体速度。在一些实施例中，所述方法可以通过确定一个或多个增益系数并且响应于所述一个或多个增益系数更新所述驱动速度来更新所述驱动速度。在一些实施例中，确定载物台达到截止幅度包括：接收位置传感器数据，以及确定位置传感器数据超出与截止幅度相关联的值。与常规技术相比，通过本专利技术可以获得许多益处。附图说明下面参考以下附图来详细描述本专利技术的示例性实施例。图1示出了根据本专利技术的实施例的利用具有焦平面阵列的成像系统所捕获的三个连续帧，所述焦平面阵列没有针对摄像机主体的移动而进行调节。图2示出了根据本专利技术的实施例的被配置成在成像系统的移动期间对焦平面阵列进行回扫描的成像系统。图3示出了根据本专利技术的实施例的利用具有焦平面阵列的成像系统所捕获的用以形成“快照”的三个连续帧，其中以与相对于场景的摄像机主体的速度相匹配并抵消该速度的速度来对所述焦平面阵列进行回扫描。图4A示出了根据本专利技术的实施例的利用焦平面阵列来捕获连续图像帧的两个完整循环，其中该焦平面阵列以与该焦平面阵列上的图像的速度相等的速度进行移动。图4B示出了根据本专利技术的实施例的快照之间的叠加。图5A示出了根据本专利技术的实施例的由载物台上的五个交错对接的焦平面阵列所组成的焦平面阵列。图5B示出了根据本专利技术的实施例的与五个交错对接的焦平面阵列相关联的扫描的地面扫描幅宽(groundswathwidth)。图6是示出了根据本专利技术的实施例的对传感器的焦平面阵列进行平移的方法的简化流程图。图7是示出了根据本专利技术的实施例的用于对焦平面阵列进行回扫描的方法的简化流程图。图8图示了根据本专利技术的实施例的对各种焦平面阵列配置的相对边缘响应的比较。图9是示出了根据本专利技术的实施例的用于对焦平面阵列进行回扫描的又一种方法的简化流程图。具体实施方式在卫星成像技术中存在许多干扰源。用以在焦平面阵列积分时间(integrationtime)期间对图像进行稳定的常规技术使用光学链中的快速转向反射镜(faststeeringmirror)或者物理地操纵光学系统，来控制在焦平面阵列上的图像的指向。快速转向反射镜很大并且将占据大量空间，特别是在位于光学系统的入射孔处时将占据大量空间。由于快速转向反射镜的尺寸，大的运动的反射镜需要更多的时间进行移动以及需要更多的时间来稳定下来，然后才能开始积分时间，这就剩下了更少的时间用于对信号进行积分和/或帧堆叠。本专利技术可以通过移动焦平面阵列以匹配图像移动、而不是操纵该图像，来对该焦平面阵列进行回扫描(backscan)。与用于航天器载应用和空载应用的常规技术相比，本文所描述的实施例更紧凑并且提高了可靠性。为了改善地面上的场景图像的信噪比，可以共同添加由图像传感器捕获的地面上的场景的各个帧。如果图像没有相对于传感器移动并且不需要图像配准，则共同添加得以简化。在现代卫星和航空摄像机中使用的大凝视焦平面阵列由于在曝光时间期间的载物台的移动而受到图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像系统，包括：/n主体；/n耦合到所述主体的载物台；/n耦合到所述主体和所述载物台的致动器，其中，所述致动器被配置成相对于所述主体在一个或多个方向上移动所述载物台；/n焦平面阵列，其包括一个或多个检测器并且耦合到所述载物台；以及/n耦合到所述致动器的控制器，其中，所述控制器被配置以确定所述主体的速度，其中，所述控制器被配置成使所述致动器以与所述主体的速度相对应的驱动速度在所述一个或多个方向上对所述载物台进行回扫描，并且其中，所述控制器通信地耦合到所述一个或多个检测器，并且使所述一个或多个检测器在所述回扫描期间捕获图像数据。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180330 US 62/650,9781.一种成像系统，包括：
主体；
耦合到所述主体的载物台；
耦合到所述主体和所述载物台的致动器，其中，所述致动器被配置成相对于所述主体在一个或多个方向上移动所述载物台；
焦平面阵列，其包括一个或多个检测器并且耦合到所述载物台；以及
耦合到所述致动器的控制器，其中，所述控制器被配置以确定所述主体的速度，其中，所述控制器被配置成使所述致动器以与所述主体的速度相对应的驱动速度在所述一个或多个方向上对所述载物台进行回扫描，并且其中，所述控制器通信地耦合到所述一个或多个检测器，并且使所述一个或多个检测器在所述回扫描期间捕获图像数据。


2.如权利要求1所述的成像系统，其中，所述致动器是压电致动器。


3.如权利要求1所述的成像系统，还包括：耦合到所述主体的透镜。


4.如权利要求1所述的成像系统，其中，所述驱动速度由锯齿形曲线表征。


5.如权利要求1所述的成像系统，其中，所述主体的所述速度对应于航空器或卫星中的至少一者的前向速度。


6.如权利要求1所述的成像系统，其中，所述焦平面阵列还包括一个或多个光谱滤波器。


7.如权利要求1所述的成像系统，还包括I/O模块，所述I/O模块被配置成传输和接收所述主体的速度、所述驱动速度、或所述图像数据中的至少一者或多者。


8.一种方法，包括：
提供主体；
提供耦合到所述主体的致动器；
提供耦合到所述致动器的载物台；
提供耦合到所述载物台的图像传感器；
确定与所述主体的移动相对应的主体速度；
确定与所述主体速度相关联的驱动速度；
利用所述致动器以相对于所述主体速度的所述驱动速度对所述载物台进行回扫描；以及
在对所述载物台进行回扫描期间，通过所述图像传感器捕获一个或多个帧。


9.如权利要求8所述的方法，其中，对所述载物台进行回扫描还包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·伊利，马克·穆兹拉，
申请(专利权)人：DRS网络和成像系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US