彩色大面陣CCD 相機的像移補償技術(shù)

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1、彩色大面陣CCD相機的像移補償技術(shù)IMCTechnologyoftheAreaScancolorCCDCamera（中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所，吉林長春130033）李清軍陳浠惠陳志超LIQingjunChenXihuiChenZhichao摘要航空相機在拍照瞬間由于飛機飛行運動和姿態(tài)變化而產(chǎn)生像移，要提高照相分辨力需通過像移補償實現(xiàn)；在分析像移產(chǎn)生原因，再結(jié)合彩色大面陣CCD相機的特點，確定采用三軸陀螺穩(wěn)定平臺結(jié)合擺掃掃描鏡頭的方法補償像移，并分析計算了補償后的像移殘差，結(jié)果滿足殘差小于1/3像元的指標(biāo)要求，證明本文論述的像移補償技術(shù)正

2、確可行。關(guān)鍵詞彩色面陣CCD相機像移補償像移殘差A(yù)bstracts：：：Becausethattheimagemotionisbroughtoutinaeroplane’scontinuingflightandthechangeofairplane’sgestureangleswhichincludesroll,pitchandyaw,itisnecessarytoenhancetheimageresolutionofthecamerainphotographingbyimagemotioncompensation(IMC).Basedonthean

3、alysisofimagemotionreasons，recombinedwithcharactersofareascancolorCCD,aIMCmethodthatthree–axisgyrobodystabilizedplatforminconjunctionwiththecircumvolvingpitchisused.Accordingtotheanalysis,theremainimagemotionwithIMCislessthan1/3pixelsize,andthismeetsthedesiretoimagequality.Soth

4、eIMCmethodisrightandefficient.Keywords:areascancolourCCDcamera;IMC;remainimagemotion1引言航空偵察是獲取地面信息的主要手段之一，彩色CCD相機以其豐富的圖像細(xì)節(jié)信息在航空遙感領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。航空相機與一般地面照相的主要區(qū)別在于相機在工作過程中，始終處于運動狀態(tài)。當(dāng)相機在曝光時間內(nèi)成像時，被拍照的景物的影象與CCD探測器之間的相對運動，將這種運動簡稱為像移。像移使拍照分辨力降低，彩色圖像變模糊，影響成像質(zhì)量。為提高照相質(zhì)量，需對因飛機的運動和姿態(tài)變化引起的像移進行補償

5、。不同工作原理、安裝方式的相機，其像移的產(chǎn)生大小及補償方式亦不同。分析知道，航空相機在照相過程中產(chǎn)生的像移綜合起來有三種：飛機向前飛行產(chǎn)生的像移；飛機的飛行姿態(tài)（俯仰、偏航和橫滾）產(chǎn)生的像移；飛機的振動及氣流波動引起的振動而產(chǎn)生的像移。本文用分析垂直畫幅式彩色大面陣CCD相機的像移產(chǎn)生原因，探討了彩色大面陣CCD相機的像移補償方法，計算了采用該補償技術(shù)后的像移殘差。證明應(yīng)用該方法，能夠?qū)崟r地補償在拍照時產(chǎn)生的像移，且滿足指標(biāo)要求。2像依產(chǎn)生原因的分析[1]計算像移的方法主要分為四種：正交投影分解法，動態(tài)光學(xué)理論法，光線追蹤法及坐標(biāo)變化法。其中前三種方

6、法復(fù)雜不易在工程上實現(xiàn)，坐標(biāo)變換是涉及空間位置關(guān)系轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)處理方法，在航空相機領(lǐng)域用到的坐標(biāo)變換是將坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)等同相機的姿態(tài)變換，實質(zhì)是空間點的坐標(biāo)在不同參考坐標(biāo)系的表示之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，用地面上同一點在姿態(tài)變換前后像面不同坐標(biāo)值之間的矩陣關(guān)系求出像移量，所以該方法直觀、運算簡潔、簡單易行。從地物到像面的變換共有三個坐標(biāo)系(坐標(biāo)系采用右手坐標(biāo)系)：(1).地物坐標(biāo)系G(G1，G2，G3)G2軸的指向與飛機航向平行，G3軸指向天頂，G1軸在地平面內(nèi)與G2軸垂直。(2)飛機坐標(biāo)系C(C1，C2，C3)G系沿G1軸平移(-m1)，沿G3軸平移H，沿G2軸平

7、移（-m2），就得到相機坐標(biāo)系C。飛機的三軸姿態(tài)角為偏航角Υ，俯仰角ρ和橫滾角φ。Υ繞C3軸的轉(zhuǎn)角；ρ繞C1軸的轉(zhuǎn)角；φ繞C2軸的轉(zhuǎn)角。為分析簡便，這里忽略了飛機震動產(chǎn)生的影響。(3).像面坐標(biāo)系P（P1，P2，P3）因飛機與相機一體，飛機姿態(tài)發(fā)生變化后，相機也隨著變化，所以認(rèn)為飛機坐標(biāo)系與相機坐標(biāo)系重合。飛機坐標(biāo)系沿C3軸平移-f,各軸同時縮小-f/L倍得像面坐標(biāo)系P。拍照目標(biāo)從地物坐標(biāo)系G中的位置到像面坐標(biāo)系P的轉(zhuǎn)換過程見圖1。'C3C3P2C2PP31'C1C1G3G2G1圖1地物坐標(biāo)系到像面坐標(biāo)系的變換示意圖地面上一點O在飛機坐標(biāo)系C上的坐標(biāo)

8、為O（m1,m2,-H）,姿態(tài)變化后在坐標(biāo)系C′的坐標(biāo)為O′(0,0,L),根據(jù)坐標(biāo)變換原理，則O點與O′點