TDI-CCD全景航空相机的像移速度场计算模型研究  

Image Motion Velocity Filed of TDI-CCD Aerial Panoramic Camera

作　　者：赵嘉鑫[1,2] 张涛[1] 杨永明[1] 李昕阳[1] 王德江[1] 

机构地区：[1]中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033 [2]中国科学院大学,北京100049

出　　处：《光学学报》2014年第7期261-268,共8页Acta Optica Sinica

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金(61308099)

摘　　要：针对扫描反射镜和电荷耦合器件(CCD)时间延迟积分(TDI)无法完全补偿前向像移和摆扫像移的问题,提出了TDI-CCD全景航空相机像移速度场的计算模型。根据相机结构和像移补偿原理,用坐标变换和共线方程建立了成像几何模型,在此基础上利用微分法推导出像移速度场的解析式。数值分析表明,像点位置越接近CCD靶面的后边缘,扫描角和前向补偿角越大,像移速度越大。对于TDI级数为100、CCD像元数为14000的全景航空相机,当扫描角小于-1.5°、前向补偿角小于4.16°时,可满足最大像移补偿残差小于1pixel的要求。实验结果验证了模型的有效性,该模型可作为定量分析TDI-CCD全景航空相机像移补偿误差的理论依据。Image motion compensation of aerial panoramic camera can be accomplished by employing scan head rotation and charge coupled device （CCD） time delay integration （TDI）, whereas residual still remains. Therefore, based on the structure and the image motion compensation （IMC） mechanism of aerial panoramic camera, a rigor mathematical model of image motion velocity filed is derived from imaging geometry, which is built by coordinate transformation and collinear equation. Numerical analysis indicates that the closer image coordinate locates to the rear edge of CCD focal plane, the larger scan angle and forward motion compensation （FMC） angel are, and the faster the image motion velocity is. For an aerial panoramic camera with 14000 CCD pixel and 100 TDI stages, when scan angle and FMC angle is smaller than -1.5° and 4.16°, respectively, the maximum of image motion is less than 1 pixel pitch. Dynamic imaging experiments validate the rationality of the model which provides a theoretical basis for the quantitative analysis of image motion compensation residual.

关 键 词：成像系统 像移速度 时间延迟积分电荷耦合器件 扫描角 前向补偿角 

分 类 号：V245.6[航空宇航科学与技术—飞行器设计] TP247[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]