可自稳及自校正运动畸变的ＣＣＤ测绘相机制造技术

本发明专利技术涉及一种可自稳及自校正运动畸变的ＣＣＤ测绘相机，包括ＣＣＤ测绘相机，ＣＣＤ测绘相机的焦面组件是由相邻两片ＣＣＤ视场拼接而成，拼接点重叠的像元数是２０～１０００。本发明专利技术提供了一种可实现高精度检测、可恢复扭曲图像、可对图像可进行校正、结构简单以及成本低的可自稳及自校正运动畸变的ＣＣＤ测绘相机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种CCD测绘相机，尤其涉及一种可自稳及自校正运动畸变的CCD测 绘相机。
技术介绍
CCD测绘相机现已广泛应用于航天航空领域，它以卫星为平台，对地球表面进行摄 影，获取影像信息，经摄影测量处理，精确测定地球表面的地貌、地物(目标)的形状、大小 和空间位置。CCD传输型测绘相机的图像产品可用在军事侦察、农业、环境监测、地图测绘、 城市与区域规划、油气开发、通信、防灾、汽车导航和房地产销售等众多领域。空间测绘和摄 影由于不受地域和国界的限制，具有非常显著的军事意义。航天测绘相机提供的地图测绘 数据与目标情报数据，都是军队战斗力的重要保障条件。 CCD传输型测绘相机在国际上是20世纪80年代发展起来的。随着光电子元件技 术的飞跃发展，以线阵CCD器件为探测器的传输型卫星成为当前发展的重点方向。众所周 知，卫星不规则运动之一是姿态慢速摆动。CCD测绘相机对卫星姿态的稳定度具有很高要 求，尤其是在高分辨率CCD测绘相机中，因像元尺寸减小、焦距加长，对卫星姿态的稳定度 要求更加苛刻。传统的CCD测绘相机自身都不具备"自稳及自校正"因卫星姿态摆动造成 的图象畸变功能，对于地元分辨率要求不高的图像影响不是很大，但要获得高的地元分辨 率图像则具有很大局限性。因此，需要设计卫星的精密定姿装备。现在，主要应用星敏感器 定姿和INS测量姿态技术，但它们也有明显的缺点。星敏感器定姿会造成额外的系统误差， 主要表现在①星敏感器的测量误差。②星敏感器的安装误差，该误差为系统误差。③轨道 参数误差。同时还具有结构复杂、成本高、要防止太阳干扰、星识别复杂、确定初始姿态，需 要第二姿态确定系统的缺点。而INS测量姿态技术的缺点为陀螺易于漂移、有高速旋转部 件、易磨损、功率大、质量大。 传输型测绘相机通常使用线阵CCD器件作为成像器件，按照CCD组合方式的不同 和摄影测量原理的不同，大致可以分为三种类型 第一种是单线阵CCD航天摄影测量相机。这种相机主要通过卫星或相机的前后或 左右侧摆形成倾斜摄影，获得立体影像实现测绘的目的。 第二种是双线阵CCD摄影测量相机，由安装在航天飞行器内的两个具有一定交会 角的线阵CCD构成。这种相机80年代初由美国提出，是将两台CCD相机以一定交会角安装， 这样无需侧摆就能够获得立体像对。但这种方案对卫星姿态稳定度要求太高(10—6° /S)， 因此至今也没有实施。 第三种是三线阵CCD相机。这种相机安装有一定交会角的前视、后视和正视三个 线阵CCD，相机沿卫星飞行方向安装。这种相机能够从摄影图像中重构外方位元素，而且对 卫星姿态稳定度的要求比双线阵CCD相机要低，是当前传输型测绘相机的重点发展方向。 然而，虽然第一类和第三类对卫星姿态稳定度的要求没有第二类高，但是卫星姿 态稳定度对CCD测绘相机的成像质量还是有很大影响，卫星的抖动不可避免的会导致图像3的扭曲。在国内现有的卫星平台基础上，对1X10—4° /s的稳定性指标仍然有一定难度。因 此为解决此矛盾，还必须采取新的方法。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种可实现高精度检 测、可恢复扭曲图像、可对图像可进行校正、结构简单以及成本低的可自稳及自校正运动畸 变的CCD测绘相机。 本专利技术的技术解决方案是本专利技术提供了一种可自稳及自校正运动畸变的CCD测 绘相机，包括CCD测绘相机，CCD测绘相机的焦面组件是由相邻两片CCD视场拼接而成，其 特殊之处在于所述拼接点重叠的像元数是20 1000。 上述相邻两个CCD测绘相机的间隔是30 50mm。 上述相邻两个CCD测绘相机在拼接时，垂直线阵方向位置偏差应小于1/5像元，沿 线阵方向重叠偏差应小于1/5像元，共面误差应小于10iim。 本专利技术的优点是 1 、可实现高精度检测和可恢复扭曲图像。本专利技术由于对CCD相机焦面组件采用了 特殊的CCD视场拼接方式，并通过"伪逆"算法进行推算，可以很好的分析并得到与像元分 辨率同步实现卫星姿态(慢速摆动，或叫颤振)的高精度检测和图像扭曲恢复，在同等条件 下，对于一个角分辨率为0. 5角秒的系统来说，其检测精度可以达到0. 05角秒。 2、对图像可进行校正。本专利技术在CCD相机焦面组件设计采用了特殊的CCD视场拼 接方式，增加了拼接点的重叠区域，利用重叠区域不同时刻对同一目标照相，可以高精度地 实现像旋的检测，同时可设置多个搭接点来提高像旋检测的精度，从而对像旋进行校正。 3、结构简单，成本低。本专利技术在没有附加任何其它硬件设备的条件下，从而不会增 加相机焦面组件体积和复杂度，更不会增加额外的系统误差，且对相机的制造技术要求不 会造成困难。附图说明 图1为本专利技术的结构示意图； 图2为本专利技术的卫星姿态与像移关系图。具体实施例方式参见图1，本专利技术提供了一种可自稳及自校正运动畸变的CCD测绘相机，该CCD测 绘相机采用了独特的CCD焦面结构，CCD在进行视场拼接时特意增加了拼接点的重叠区域， 其拼接点重叠的像元数为20 1000。所有CCD在拼接时其空间位置具有很多的组合方式， 凡是在相机推扫方向上相邻两CCD满足本专利技术的拼接方式的任何空间结构均可实现相机 的自稳及自校正功能。实际设计时可根据相机的用途来确定。 本专利技术与传统的CCD相机相比，在CCD焦面设计时使用了多片CCD视场拼接的 方式，且相邻两片CCD在拼接时特意增加了拼接点的重叠区域，其拼接点重叠的像元数为 20 1000。 相邻两片CCD l在拼接时，垂直线阵方向位置偏差应小于l/5像元，沿线阵方向重4叠偏差应小于1/5像元，共面误差应小于10 ii m。 图1只是CCD空间结构组合的一种形式。CCD的片数大于等于3片。图中N表示 单片CCD 1像元个数，p(20 1000)表示搭接点重叠区域CCD 1像元数。利用p个像元的 重叠区域图像，可以将前后两排CCD 1的由于卫星平台漂移导致的图像相对位置错动进行 精确测量。 当然，本专利技术所提供的可自稳及自校正运动畸变的CCD 1测绘系统不仅可以满足 普通的线阵CCD器件，而且还能满足TDICCD器件；传统地，CCD 1的视场拼接是在尽量利用 CCD的使用率的原则下拼接的，CCD 1的搭接点上重叠的CCD l像元尽可能的少，只能满足 CCD l相机的正常功能。而本专利技术采取了使用多条线阵CCD 1视场拼接的方法，在CCD l拼 接时，特意增加了搭接点的重叠区域，其实质是利用多个CCD拼接点前后两片CCD 1重叠区 域在不同时刻对同一目标成像后形成关联结算相机的实时姿态参量。 每两片CCD 1在拼接时必须严格满足垂直线阵方向位置偏差应小于1/5像元，沿 线阵方向重叠偏差应小于1/5像元，共面误差应小于10 m的技术要求；搭接点重叠像元数 应在20 1000范围内，小于20则获取的数据量不能满足要求，大于1000则会造成资源的 浪费；片间间隔应在30 50mm范围内。 参见图2，图中m(t)表示卫星姿态摆动曲线，d(t)为同一景物在t与(t-At)时 刻的位置位移量。位移量在整个CCD拼接面表面上为同一矢量，共3个自由度，图像平移两 个自由度，扭曲一个自由度。利用搭接点进行稳定度数据的测量，可以对CCD的内部拼接稳 定度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可自稳及自校正运动畸变的ＣＣＤ测绘相机，包括ＣＣＤ测绘相机，ＣＣＤ测绘相机的焦面组件是由相邻两片ＣＣＤ视场拼接而成，其特征在于：所述拼接点重叠的像元数是２０～１０００。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马臻，李英才，白喆，方勇，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]