一種基于tdi-ccd的大口徑長焦距遙感相機(jī)畸變測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于TDI?CCD的大口徑長焦距遙感相機(jī)畸變測量裝置及方法，包括平行光管、二維轉(zhuǎn)臺、機(jī)械快門、積分球、星點靶標(biāo)、TDI?CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)，二維轉(zhuǎn)臺上布置有TDI?CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)，TDI?CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)入瞳處布置有平行光管，平行光管光輸入口端依次布置有機(jī)械快門、星點靶標(biāo)、積分球。令TDI?CCD線陣遙感相機(jī)工作在面陣成像模式，同時讓機(jī)械快門與相機(jī)曝光同步，星點靶標(biāo)通過平行光管作為相機(jī)成像目標(biāo)，每完成一次星點成像，讓轉(zhuǎn)臺沿TDI傳感器垂直積分方向旋轉(zhuǎn)一個角度。如此遍歷整片傳感器，獲得多幅星點像在不同位置的圖像，對這些星點像的精確位置與轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度匹配計算，就能夠同時獲得TDI?CCD線陣遙感相機(jī)垂直及平行推掃方向的畸變系數(shù)。
【專利說明】
一種基于TD1-CCD的大口徑長焦距遙感相機(jī)畸變測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及光學(xué)機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種基于TD1-CCD的大口徑長焦距遙感相機(jī)畸變測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在相機(jī)的成像過程中，被目標(biāo)物散射的光線通過相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)匯聚在相機(jī)的傳感器上，傳感器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、量化處理，最終獲得與目標(biāo)物相似的圖像。在理想情況下，圖像與目標(biāo)物在幾何上是完全相似的。在實際成像中，由于光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)特性，像與物之間總是存在一定的幾何失真，這就是成像系統(tǒng)的畸變。在對幾何參數(shù)要求較高的應(yīng)用中，需要對圖像的幾何失真進(jìn)行校正，消除或降低相機(jī)畸變對成像的影響。在這種情況下，需要對光學(xué)系統(tǒng)的畸變進(jìn)行測量，獲得傳感器上每個像元及幾何位置與理想像之間的幾何差，以此為基礎(chǔ)對每一幅圖像進(jìn)行幾何修正。
[0003]在面陣成像系統(tǒng)中，畸變測量相對比較簡單。對于小口徑成像系統(tǒng)，可以利用能夠充滿整個視場的標(biāo)準(zhǔn)靶面成像，通過像與靶面各參考點的映射關(guān)系獲得畸變系數(shù);對于大口徑成像系統(tǒng)，可以將成像系統(tǒng)放置在轉(zhuǎn)臺上，利用星點靶標(biāo)成像，控制轉(zhuǎn)臺令星點像以一定的間隔遍歷傳感器面，通過像的位置與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動參數(shù)的映射關(guān)系獲得畸變系數(shù)。
[0004]對于TD1-CCD大口徑、長焦距遙感相機(jī)，其成像方式為推掃模式，常用的畸變測試方法與面陣成像方法類似:將成像系統(tǒng)放置在轉(zhuǎn)臺上，利用星點靶標(biāo)成像，孔子和轉(zhuǎn)臺令星點像已一定的間隔遍歷線陣傳感器，通過像的位置與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動參數(shù)的映射關(guān)系獲得畸變系數(shù)。由于傳感器正常工作在推掃成像模式，這種方式獲得的像非星點，而是平行于推掃方向的線條。線條間的位置關(guān)系與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動參數(shù)映射，這樣就能計算獲得垂直于推掃方向上的畸變系數(shù)。由于沒有推掃方向上的位置信息，就無法計算獲得推掃方向上的畸變系數(shù)。
[0005]對于TD1-CCD大口徑、長焦距遙感相機(jī)，要想獲得平行推掃方向的畸變系數(shù)，就需要在地面設(shè)置參照靶標(biāo)，讓相機(jī)對靶標(biāo)進(jìn)行推掃成像，然后依據(jù)參照靶標(biāo)像的幾何參數(shù)與參照靶標(biāo)位置參數(shù)的映射關(guān)系獲得相機(jī)的畸變系數(shù)(推掃方向與垂直推掃方向)。由于參照靶標(biāo)設(shè)置數(shù)量有限，因此獲得的畸變系數(shù)精度就不會太高，會造成最終圖像的畸變修正有較大的殘差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于TD1-CCD的大口徑長焦距遙感相機(jī)畸變測量裝置，達(dá)到在實驗室內(nèi)能夠簡便獲得高精度的推掃方向畸變系數(shù)的有益效果。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0008]提供一種基于TD1-CCD的大口徑長焦距遙感相機(jī)畸變測量裝置，其特殊之處在于:包括平行光管、二維轉(zhuǎn)臺、機(jī)械快門、積分球、星點靶標(biāo)和TD1-CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)，所述二維轉(zhuǎn)臺上布置有TD1-C⑶長焦距大口徑遙感相機(jī)，TD1-C⑶長焦距大口徑遙感相機(jī)入瞳處布置有平行光管，平行光管光輸入口端依次布置有機(jī)械快門、星點革E標(biāo)和積分球。
[0009]所述機(jī)械快門的開關(guān)動作由TD1-C⑶長焦距大口徑遙感相機(jī)控制。
[0010]基于本實用新型的一種基于TD1-C⑶的大口徑長焦距遙感相機(jī)畸變測量裝置的方法，包括以下步驟:
[0011]I)調(diào)整二維轉(zhuǎn)臺，令星點靶標(biāo)像落在TD1-CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)的傳感器中心，TD1-CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)進(jìn)行一次面陣成像，然后將二維轉(zhuǎn)臺當(dāng)前位置設(shè)置為轉(zhuǎn)臺零位；
[0012]2)假設(shè)TD1-CCD推掃方向為X向，垂直于推掃方向為Y向，調(diào)整二維轉(zhuǎn)臺方位角，令星點靶標(biāo)在TD1-CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)+Y向，每移動5?10個像元后進(jìn)行一次面陣成像，記錄每一次的二維轉(zhuǎn)臺調(diào)整方位角度，直至移動到傳感器的+Y端頭；
[0013]3)調(diào)整二維轉(zhuǎn)臺回零位，然后令星點靶標(biāo)在TD1-CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)-Y向，每移動5?10個像元后進(jìn)行一次面陣成像，記錄每一次的二維轉(zhuǎn)臺調(diào)整方位角度，直至移動到傳感器的-Y端頭；
[0014]4)以傳感器的中間像元為坐標(biāo)原點(0，0)，利用重心求解算法算出每個星點靶標(biāo)像在傳感器上的中心坐標(biāo)，依據(jù)每次成像與二維轉(zhuǎn)臺的方位角之間的對應(yīng)關(guān)系，使用面陣傳感器成像系統(tǒng)畸變系數(shù)求解方法求解出每個像點的在X向及Y向的畸變值，再利用最小二乘法擬合出畸變方程，將其余像元坐標(biāo)帶入畸變公式后即可獲得該像元的畸變值。
[0015]所述TD1-CCD大口徑長焦距遙感相機(jī)每一次完整的面陣成像包含兩個動作:4.1)曝光;4.2)電荷轉(zhuǎn)移;所述機(jī)械快門在TD1-CCD大口徑長焦距遙感相機(jī)曝光時打開，在TD1-CCD大口徑長焦距遙感相機(jī)電荷轉(zhuǎn)移時閉合。
[0016]每一次面陣成像就能獲得一個星點像。
[0017]本實用新型的有益效果是:
[0018]1、針對TD1-CCD大口徑長焦距遙感相機(jī)，在其正常的工作模式(推掃成像)下只能夠獲得垂直于推掃方向的畸變系數(shù)，要想獲得推掃方向的畸變系數(shù)，只能在在軌成像中設(shè)置參考點，依據(jù)參考點實際位置與參考點的像之間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行求解獲得，由于參考點數(shù)量的關(guān)系，求解出的畸變精度有限。本實用新型可以在實驗室完成所有畸變相關(guān)參數(shù)測量，依據(jù)精度要求控制星點像數(shù)量，提高相機(jī)畸變系數(shù)精度；
[0019]2、通過一次測試完成TD1-CCD大口徑長焦距遙感相機(jī)兩個方向的畸變情況，提高了畸變測試效率；
[0020]3、所有測試在實驗室完成，原理簡單，易實現(xiàn)；
[0021]4、完成實驗室畸變測量后，不需要再進(jìn)行外場參考點成像試驗，可節(jié)省大量經(jīng)費。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型各設(shè)備相對關(guān)系圖；
[0023]圖2為TD1-CXD大口徑長焦距遙感相機(jī)在推掃工作模式下對星點靶標(biāo)成像結(jié)果，圖中一個小方格表不一個像元；
[0024]圖3為TD1-C⑶大口徑長焦距遙感相機(jī)在推掃工作模式星點靶標(biāo)成像，不同位置的星點革G標(biāo)與相應(yīng)輸出圖像，圖中一個小方格表示一個像元；
[0025]圖4為TD1-CCD大口徑長焦距遙感相機(jī)利用同步機(jī)械快門對星點靶標(biāo)面陣模式成像結(jié)果，圖中一個小方格表示一個像元；
[0026]圖5為TD1-CCD大口徑長焦距遙感相機(jī)利用同步機(jī)械快門對星點進(jìn)行面陳模式成像結(jié)果，不同位置的星點靶標(biāo)與相應(yīng)輸出圖像，圖中一個小方格表示一個像元。
[0027]圖中，10-TD1-C⑶大口徑長焦距遙感相機(jī)，11_二維轉(zhuǎn)臺，12-平行光管，13-機(jī)械快門，14-星點革巴標(biāo)，15-積分球。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型加以詳細(xì)說明。
[0029]基于TD1-CCD大口徑長焦距傳感器的相機(jī)屬于線陣相機(jī)的一種，其正常工作方式為掃描式，即在成像時相機(jī)與被成像目標(biāo)要存在一定的相對運動，并且運動速度要與成像積分時間匹配，否則就會出現(xiàn)推掃方向上的拖影。在被成像目標(biāo)與相機(jī)之間無相對運動時，成像結(jié)果為與推掃方向平行的豎條紋，如圖2。
[0030]在TD1-CCD大口徑長焦距遙感相機(jī)正常工作模式下進(jìn)行相機(jī)光學(xué)畸變測量時，用平行光環(huán)模擬無窮遠(yuǎn)處目標(biāo)，維持星點靶標(biāo)在固定位置，每旋轉(zhuǎn)二維轉(zhuǎn)臺一定角度，對相機(jī)來說就相當(dāng)于對一不同位置處星點靶標(biāo)成像。由于TD1-CCD傳感器成像特點，對不同位置星點靶標(biāo)成像獲得的是在像面上不同位置平行于推掃方向(X向)的條紋像(如圖3)，條紋像之間的距離與不同星點靶標(biāo)之間的距離對應(yīng)，也就是與二維轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的角度對應(yīng)。求解條紋像之間的間距與二維轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角之間的映射關(guān)系，可以獲得每個像點在垂直于推掃方向(Y向)上的畸變，擬合出該方向的畸變方程，就可以解算出所有像元在垂直于推掃方向(Y向)上的畸變系數(shù)。由于條紋像沒有推掃方向(X向)的位置信息，這樣就無法獲得推掃方向(X向)的畸變。
[0031 ]改變TD1-CCD大口徑長焦距遙感相機(jī)的工作方式，令其工作在幀轉(zhuǎn)移面陣成像模式下。如果TD1-CCD每行像元個數(shù)為M，積分級數(shù)為N，那么每幀圖像大小為MXN。在面陣成像時，每一次曝光完畢都需要將成像電荷轉(zhuǎn)移出去，在此期間感光像元要停止曝光。這里設(shè)計了一個與相機(jī)曝光同步的機(jī)械快門，在TD1-CCD曝光時打開快門；在TD1-CCD轉(zhuǎn)移電荷時關(guān)閉快門。在這種面陳成像模式下，TD1-CCD遙感相機(jī)對靜止星點靶標(biāo)成的像就不是條紋像，而是星點像了，如圖4。
[0032]在上述情況下，旋轉(zhuǎn)二維轉(zhuǎn)臺，獲得轉(zhuǎn)臺在不同角度處的星點像，星點像既包含了垂直于推掃方向(Y)又包含了推掃方向(X向)的位置信息(如圖5)，這樣就可以解算出相機(jī)兩個方向的畸變了。
【主權(quán)項】
1.一種基于TD1-CCD的大口徑長焦距遙感相機(jī)畸變測量裝置，其特征在于:包括平行光管、二維轉(zhuǎn)臺、機(jī)械快門、積分球、星點靶標(biāo)和TD1-CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)，所述二維轉(zhuǎn)臺上布置有TD1-CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)，TD1-C⑶長焦距大口徑遙感相機(jī)入瞳處布置有平行光管，平行光管光輸入口端依次布置有機(jī)械快門、星點靶標(biāo)和積分球。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于TD1-CCD的大口徑長焦距遙感相機(jī)畸變測量裝置，其特征在于:所述機(jī)械快門的開關(guān)動作由TD1-CCD長焦距大口徑遙感相機(jī)控制。
【文檔編號】G01M11/02GK205607625SQ201620275311
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】張健, 徐哲, 李旭陽, 趙燕, 周燕, 李愛玲
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所