帧转移型ccd航空相机扫描像移补偿方法
【专利摘要】帧转移型CCD航空相机扫描像移补偿方法，属于航空相机成像【技术领域】，为了解决现有技术需要机械快门对光进行阻断的问题，该方法：步骤1.陀螺测量航空相机相对惯性空间的摆扫角速度，为了减少安装非正交性引起的测量误差，陀螺敏感角速度的方向与航空相机摆扫方向一致；步骤2.行转移脉冲发生器接收陀螺测量到的相机摆扫角速度信息，计算像移补偿时刻帧转移CCD的行转移脉冲频率；步骤3.在像移补偿阶段，帧转移CCD时序发生器计算产生的脉冲信号驱动帧转移CCD进行电荷转移，实现像移补偿；步骤4.在电荷读出阶段，帧转移CCD时序发生器根据内部设定的行转移周期频率自行驱动帧转移CCD进行电荷转移，实现对景物像点的光敏成像。
【专利说明】帖转移型CCD航空相机扫描像移补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空相机成像【技术领域】，涉及峽转移型面阵CCD在航空成像系统中的 应用，具体涉及一种采用峽转移型面阵CCD的航空相机扫描像移补偿方法。
【背景技术】
[0002] 为了扩大地面覆盖宽度，面阵CCD航空相机一般采取连续摆扫成像的工作方式。 摆扫成像将带来扫描像移，为了保证成像分辨率，需要对扫描像移进行补偿。当前扫描像移 的补偿方式一般分两种，一为光机式补偿，二为基于全峽转移CCD的电子式补偿。光机式补 偿方法采用转动成像系统中光学元件的方式使曝光时刻景物像点与光敏介质之间保持相 对静止，该种方法受限于执行结构的性能，补偿带宽与精度有限。基于全峽转移CCD的电子 式补偿方法使曝光时刻内电荷转移线速度与景物像点移动线速度相匹配，当曝光结束后需 要机械快口对光进行阻断，从而避免像素电荷串行读出时光敏像元继续收集光子引起图像 拖尾效应。然而机械快口的寿命有限，且由于快口开启、关闭控制精度的差异将引起CCD曝 光非均匀，对成像系统的可靠性与性能具有较大影响。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决现有技术需要机械快口对光进行阻断而引起CCD曝光非均匀，对 成像系统的可靠性与性能具有较大影响的问题，提出一种峽转移型CCD航空相机扫描像移 补偿方法，通过驱动峽转移CCD的电荷运动实现扫描像移的片上补偿，该种方法在像移补 偿后将整峽像素电荷并行快速转移至暗像元存储区，因此无需机械快口对光进行阻断。
[0004] 本发明的技术方案是：
[0005] 峽转移型CCD航空相机扫描像移补偿方法，包括W下步骤：
[0006] 步骤1，巧螺测量航空相机相对惯性空间的摆扫角速度，为了减少安装非正交性引 起的测量误差，巧螺敏感角速度的方向与航空相机摆扫方向一致；
[0007] 步骤2,行转移脉冲发生器接收巧螺测量到的相机摆扫角速度信息，计算像移补偿 时刻峽转移CCD的行转移脉冲频率；由于相机摆扫导致景物像点在峽转移CCD焦平面上移 动线速度Vs为：
[0008] Vs 二 W S * f ( 一 )
[0009] 其中为航空相机摆扫角速度，单位为弧度/砂，f为航空相机焦距，单位为米； 为了保证景物像点移动的线速度与电荷转移线速度相等，行转移脉冲发生器产生的电荷转 移脉冲周期为：
[0010] 了 = ^ (二）
[0011] 其中b为CCD的像元尺寸，单位为米；则行转移脉冲频率为：
[00。] F =兰=罕 (S); T b
[0013] 步骤3,在像移补偿阶段，峽转移CCD时序发生器根据式（H)计算产生的脉冲信 号驱动峽转移CCD进行电荷转移，实现像移补偿；
[0014] 步骤4,在电荷读出阶段，峽转移CCD时序发生器根据内部设定的行转移周期频率 自行驱动峽转移CCD进行电荷转移，实现对景物像点的光敏成像。
[0015] 本发明原理为；1)航空相机通过摆扫的方式对地面景物成像，峽转移CCD将地面 景物的光子信息转换为电子信息收集起来。2)装置于相机扫描机构上的巧螺测量相机相对 于惯性空间的扫描角速度，并通过该角速度计算出景物像点沿着扫描方向的移动线速度。 3)为了补偿扫描像移，需通过数字信号处理单元计算出峽转移CCD的行转移脉冲频率，从 而使曝光时刻景物像点移动线速度与电荷转移线速度实现完全匹配。4)在一峽图像曝光结 束后，将存储于光敏区的像素电荷全部并行快速转移至暗像元存储区，最终将存储于暗像 元区的电荷串行读出，完成一峽成像过程中扫描像移的补偿W及电荷的读出。
[0016] 本发明通过将传统峽转移CCD的电荷转移分为两个阶段；像移补偿阶段和电荷读 出阶段，不仅实现了扫描像移的电子式补偿，而且在电荷读出阶段无需机械快口对光进行 阻断。像移补偿原理为航空相机扫描过程中景物像点的沿着扫描方向将发生线运动，通过 移动光敏像元使之与景物像点移动匹配即可实现像移补偿。全峽像素电荷读出时无需快口 对光阻断原理为，曝光结束后将所有的像素电荷通过并行方式快速转移至峽转移CCD的暗 像元存储区，然后串行读出。由于暗像移存储区不对光敏感，因此在像素电荷读出过程中无 需快口对光阻断。
[0017] 本发明的有益效果是，该方法对扫描像移进行电荷式补偿，所用的结构简单，与传 统光机式的补偿方案相比具有宽频带高精度的航空相机扫描像移补偿效果；其次本发明利 用了峽转移CCD具有完全对称的光敏成像区与暗像元存储区的特点，电荷读出时无需机械 快口配合，因此可靠性高及曝光非均匀性好。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明峽转移型CCD航空相机扫描像移补偿方法框图。
【具体实施方式】
[0019] W下结合附图对本发明作进一步详细的描述。
[0020] 如图1所示，本发明主要由测量航空相机相对于惯性空间扫描角速度的巧螺1、行 转移脉冲发生器2、峽转移CCD时序发生器3和峽转移CCD 4组成。
[0021] 峽转移CCD的航空相机扫描像移补偿方法，包括W下步骤：
[0022] 步骤1，巧螺1测量航空相机相对惯性空间的摆扫角速度，为了减少安装非正交性 引起的测量误差，巧螺1敏感角速度的方向与航空相机摆扫方向一致。
[0023] 步骤2,行转移脉冲发生器2接收巧螺1测量到的相机摆扫角速度信息，计算像移 补偿时刻峽转移CCD的行转移脉冲频率。由于相机摆扫导致景物像点在峽转移CCD焦平面 上移动线速度Vs为：
[0024] Vs 二 W S * f ( 一 )
[00巧]其中为航空相机摆扫角速度，单位为弧度/砂，f为航空相机焦距，单位为米。 为了保证景物像点移动的线速度与电荷转移线速度相等，行转移脉冲发生器2产生的电荷 转移脉冲周期为：
[0026] T =击 (二） W.S./
[0027] 其中b为CCD的像元尺寸，单位为米。则行转移脉冲频率为：
[0028] F = ^ 二半 (H) T 0
[0029] 例如，某航空相机焦距为1000mm，摆扫角速度为2度/砂，像元尺寸为10微米，根 据式（一）可得景物像点在巾贞转移CCD焦平面上移动线速度Vs为： 2
[0030] Vs = l/；7x ^ rad ! S 二 0,03490,'打/'v (四）
[0031] 进而求得行转移脉冲发生器2产生的电荷转移脉冲频率为： 「 1 。 1 0.03490"z/'v 樂，， ，r、
[0032] F = -= ,-二 3490//Z (五）。 T 10 X 10 m
[0033] 步骤3,在像移补偿阶段，峽转移CCD时序发生器3根据式（H )计算产生的脉冲 信号驱动峽转移CCD 4进行电荷转移，实现像移补偿。
[0034] 步骤4,在电荷读出阶段，峽转移CCD时序发生器3根据内部设定的行转移周期频 率自行驱动峽转移CCD 4进行电荷转移，实现对景物像点的光敏成像。为了减少转移过程 中的图像拖尾效应，自行设定的电荷转移周期频率为不降低图像质量情况下所能达到的最 高行转移周期频率。
【权利要求】
1.帧转移型C⑶航空相机扫描像移补偿方法，其特征是，包括以下步骤： 步骤1，陀螺（1)测量航空相机相对惯性空间的摆扫角速度，为了减少安装非正交性引 起的测量误差，陀螺（1)敏感角速度的方向与航空相机摆扫方向一致； 步骤2,行转移脉冲发生器（2)接收陀螺（1)测量到的相机摆扫角速度信息，计算像移 补偿时刻帧转移CCD的行转移脉冲频率；由于相机摆扫导致景物像点在帧转移CCD焦平面 上移动线速度％为：
其中《3为航空相机摆扫角速度，单位为弧度/秒，f?为航空相机焦距，单位为米；为了 保证景物像点移动的线速度与电荷转移线速度相等，行转移脉冲发生器（2)产生的电荷转 移脉冲周期为：
其中b为CCD的像元尺寸，单位为米；则行转移脉冲频率为：
步骤3,在像移补偿阶段，帧转移CCD时序发生器（3)根据式（三）计算产生的脉冲信 号驱动帧转移CCD(4)进行电荷转移，实现像移补偿； 步骤4,在电荷读出阶段，帧转移CCD时序发生器（3)根据内部设定的行转移周期频率 自行驱动帧转移CCD(4)进行电荷转移，实现对景物像点的光敏成像。
【文档编号】H04N5/217GK104486535SQ201410835444
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】王德江 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所