[发明专利]帧转移型CCD航空相机扫描像移补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于航空相机成像技术领域，涉及帧转移型面阵CCD在航空成像系统中的应用，具体涉及一种采用帧转移型面阵CCD的航空相机扫描像移补偿方法。

背景技术

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，二为基于全帧转移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，这种方法受限于执行结构的性能，补偿带宽与精度有限。基于全帧转移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门对光进行阻断，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。然而机械快门的寿命有限，且由于快门开启、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

本发明为了解决现有技术需要机械快门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，提出一种帧转移型CCD航空相机扫描像移补偿方法，通过驱动帧转移CCD的电荷运动实现扫描像移的片上补偿，这种方法在像移补偿后将整帧像素电荷并行快速转移至暗像元存储区，因此无需机械快门对光进行阻断。

本发明的技术方案是：

帧转移型CCD航空相机扫描像移补偿方法，包括以下步骤：

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；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V_S为：

V_S＝ω_S·f   (一)

其中ω_S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，行转移脉冲发生器产生的电荷转移脉冲周期为：

T=bωSf]]>   (二)

其中b为CCD的像元尺寸，单位为米；则行转移脉冲频率为：

F=1T=ωSfb]]>   (三)；

步骤3，在像移补偿阶段，帧转移CCD时序发生器根据式(三)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。

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，帧转移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陀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帧转移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)在一帧图像曝光结束后，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，完成一帧成像过程中扫描像移的补偿以及电荷的读出。