專利名稱：基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，尤其涉及一種基于阿 達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在高分辨率光學(xué)遙感有效載荷系統(tǒng)研制中，一個很關(guān)鍵的約束因素是空間分辨率 與探測器像元大小以及系統(tǒng)體積重量等之間的矛盾。為了實現(xiàn)高分辨率，希望探測器像元 尺寸越小越好，光學(xué)系統(tǒng)焦距越長越好。但光學(xué)系統(tǒng)焦距的增長會增加加工裝調(diào)的難度及 載荷體積和重量，高靈敏的高端小像元成像器件則只能依賴進(jìn)口。受國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)和探測 器制造等方面的制約限制，在高分辨率光學(xué)相機研制中如果完全依靠增加光學(xué)系統(tǒng)焦距、 減小探測器像元尺寸等方法，其難度相當(dāng)大。分辨率提高方法在國內(nèi)外的高分辨率航空航天用相機中開始逐步得到應(yīng)用，它的 基本原理是采用特殊的焦平面方法或者多幅圖像融合處理技術(shù)，間接提高采樣頻率，減少 頻譜混疊，從而獲取更高分辨率的圖像細(xì)節(jié)信息，提高圖像的空間分辨率。該方法分兩種 過采樣方法和亞像元方法。過采樣方法是采用一套探測器，采集同一目標(biāo)不同時刻的多幅圖像，經(jīng)過特殊的 圖像融合處理方法，得到分辨率提高后的新圖像，分辨率提高倍數(shù)與低分辨率圖片的數(shù)量 密切相關(guān)。理論上，如果要提高分辨率n倍，則至少需要n2幅低分辨率圖像才可以獲得病 態(tài)方程的可能解，實際應(yīng)用中由于配準(zhǔn)方法以及圖像之間信息的相關(guān)程度，往往需要2n2幅 以上的低分辨率原始圖像才能獲得可靠的高分辨率圖像。該技術(shù)在應(yīng)用時，要求遙感平臺 有高精度的指向調(diào)節(jié)能力，同時要求遙感器多次重訪，以對同一個地面目標(biāo)進(jìn)行多幅成像。亞像元方法采用多組探測器相互間空間位置的特殊布置，采集同一目標(biāo)同一時刻 的多幅圖像，與圖像融合處理方法結(jié)合提高分辨率。典型實現(xiàn)方法是采用光學(xué)棱鏡拼接方 法，兩個探測器的感光面在像元方向錯開半個像元，也可在45°方向各錯開半個像元。兩個 探測器同時成像，兩幅圖像經(jīng)過特殊處理后，得到高分辨率的新圖像。該方法的缺點是拼接 機構(gòu)復(fù)雜，另外棱鏡分像降低了入射到探測器靶面上的光能量。阿達(dá)瑪變換技術(shù)則是一種類似于傅里葉變換的光調(diào)制技術(shù)，它采用以阿達(dá)瑪矩陣 為基礎(chǔ)的二元正交變換，具有多通道同時探測和高光通量的優(yōu)點，近四十年來在多通道光 譜成像技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可多通道同時探 測、高能量輸入、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方式靈活、設(shè)備體積小、重量輕的基于阿達(dá)瑪變換 編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光 學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，包括成像鏡和探測器，其特殊之處在于所述基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)還包括阿達(dá)瑪編碼模板；所述成像鏡、阿達(dá)瑪編碼模板以及探測器 依次設(shè)置于同一光軸上。上述阿達(dá)瑪編碼模板是在平板玻璃的一面鍍制阿達(dá)瑪編碼膜層。上述平板玻璃上與鍍制有阿達(dá)瑪編碼膜層相對的一面鍍制增透膜。
上述阿達(dá)瑪編碼模板與探測器是膠合或緊貼的。上述平板玻璃上鍍制有阿達(dá)瑪編碼膜層的一面和探測器膠合或緊貼。上述阿達(dá)瑪編碼膜層是采用二維阿達(dá)瑪變換循環(huán)編碼或一維阿達(dá)瑪變換循環(huán)編 碼所形成的。上述阿達(dá)瑪編碼膜層是鉻膜、銀膜或鋁膜。上述成像鏡是折射鏡、反射鏡或者折反鏡。上述探測器是電荷耦合器件CCD或互補金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS光電傳感器件。上述探測器是面陣探測器或線陣探測器。本發(fā)明的優(yōu)點是1、可多通道同時進(jìn)行探測以及高能量輸入。本發(fā)明利用阿達(dá)瑪變換對探測器 像元進(jìn)行細(xì)分編碼調(diào)制提高分辨率，具有多通道同時探測和高能量輸入量的優(yōu)點。在實 現(xiàn)相同空間分辨率的條件下，信號的均方差可減小(mXn/4)倍，相應(yīng)地，信噪比可提高 (mXn)"72 倍。2、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低廉。本發(fā)明可在不改動常規(guī)成像設(shè)備任何技 術(shù)參數(shù)的條件下，僅在探測器焦面前增加按阿達(dá)瑪變換編碼制作的模板，通過計算機解碼 處理即可實現(xiàn)空間分辨率的提高，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低的優(yōu)點。3、使用方式靈活多樣。本發(fā)明載荷系統(tǒng)中分辨率提高的程度由阿達(dá)瑪變換編碼的 階數(shù)決定，無需改動設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，通過選擇不同階數(shù)和樣式的阿達(dá)瑪編碼模板 即可靈活設(shè)置所需達(dá)到的空間分辨率，使用方式靈活多樣。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明阿達(dá)瑪編碼膜和探測器之間匹配關(guān)系示意圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明提供了一種基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)， 包括成像鏡4、探測器3以及阿達(dá)瑪編碼模板5 ；成像鏡4、阿達(dá)瑪編碼模板5以及探測器3 依次設(shè)置于同一光軸6上。阿達(dá)瑪編碼模板5是在平板玻璃1的一面鍍制阿達(dá)瑪編碼膜層2，與阿達(dá)瑪編碼膜 層2相對的一面鍍制增透膜或者僅在平板玻璃1的一面鍍制阿達(dá)瑪編碼膜層2，平板玻璃1 鍍制有阿達(dá)瑪編碼膜層2的一面和探測器3膠合或緊貼放置。平板玻璃1的表面鍍制阿達(dá)瑪編碼膜層2形成阿達(dá)瑪編碼模板5，鍍膜的區(qū)域不透 光，未鍍膜的區(qū)域使光全部透過。平板玻璃1的另一表面不鍍膜或鍍制增透膜以增加透過率。阿達(dá)瑪編碼膜層2是采用二維阿達(dá)瑪變換循環(huán)編碼或一維阿達(dá)瑪變換循環(huán)編碼所形成的。當(dāng)阿達(dá)瑪編碼模板5采用二維阿達(dá)瑪變換循環(huán)編碼時，每個編碼單元包含m(推 掃方向)Xn(垂直于推掃方向)個碼元，其作用是實現(xiàn)一次階數(shù)為mXn的阿達(dá)瑪變換編 碼。阿達(dá)瑪編碼模板每一行在推掃方向依次排列有mXn個編碼單元，它們共同構(gòu)成一個完 整的阿達(dá)瑪編碼序列。與二維相不同的是，一維阿達(dá)瑪變換循環(huán)編碼是等同于二維阿達(dá)瑪 變換循環(huán)編碼中m = 1或n = 1的情形。當(dāng)m = 1時，設(shè)備在推掃方向空間分辨率不變，在 垂直于推掃方向空間分辨率提高(n-1)倍；當(dāng)n = 1時，設(shè)備在推掃方向空間分辨率提高 (m-1)倍，在垂直于推掃方向空間分辨率不變。每個阿達(dá)瑪編碼單元的尺寸與探測器3每個 像元的尺寸相同，位置與探測器3像元嚴(yán)格一一對應(yīng)。阿達(dá)瑪編碼膜層2為鉻膜、銀膜或鋁膜等金屬膜，或其它材料，其主要作用是使鍍 膜的區(qū)域不透光，未鍍膜的區(qū)域使光全部透過。成像鏡4將目標(biāo)成像于阿達(dá)瑪編碼膜層2上，探測器3接收到目標(biāo)被阿達(dá)瑪編碼 模板編碼后的信號經(jīng)數(shù)字化后送入計算機處理系統(tǒng)中。成像鏡4是折射鏡、反射鏡或者折 反鏡等各種形式，主要作用是將目標(biāo)成像于阿達(dá)瑪編碼膜層2上。探測器3是電荷耦合器件(XD或互補金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS光電傳感器件，比如 面陣探測器或線陣探測器都可以實現(xiàn)本發(fā)明目的。但無論采用哪種形式的探測器，必須保 證在推掃方向不少于mXn個像元。參見圖2，本發(fā)明所提供的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)采 用推掃方式進(jìn)行工作，沿推掃方向?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行成像，設(shè)備每掃過探測器3 —個像元所對應(yīng) 的目標(biāo)大小采集一次數(shù)據(jù)。從探測器3獲得的編碼數(shù)據(jù)中提取出沿推掃方向每一行中mXn個像元在不同時 刻采集的同一目標(biāo)的阿達(dá)瑪編碼序列信號。對提取出的該mXn個阿達(dá)瑪編碼序列信號進(jìn) 行快速阿達(dá)瑪變換解碼，最終得到空間分辨率比同樣采用推掃方式工作但未進(jìn)行編碼的常 規(guī)成像設(shè)備在推掃方向提高(m-1)倍和在垂直于推掃方向提高(n-1)倍的目標(biāo)信號。與常規(guī)采用推掃方式工作的光學(xué)成像設(shè)備相比，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)完全不變，成 像原理相同，探測器3幀頻不變，遙感器各參數(shù)亦無須改動，唯一不同的是本發(fā)明在探測器 焦面前增加了阿達(dá)瑪編碼模板5，通過計算機解碼處理實現(xiàn)目標(biāo)空間分辨率在推掃方向提 高(m-1)倍和在垂直于推掃方向提高(n-1)倍。與采用長焦距光學(xué)系統(tǒng)和小像元探測器來實現(xiàn)高空間分辨率的成像設(shè)備相比，本 發(fā)明在實現(xiàn)相同空間分辨率的條件下，光學(xué)系統(tǒng)焦距可縮短至它的1/m，探測器的幀頻也降 低為它的1/m。對探測器幀頻要求的降低，使得遙感器在高速高比條件下高分辨率成像成為 可能。
權(quán)利要求
一種基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，包括成像鏡和探測器，其特征在于所述基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)還包括阿達(dá)瑪編碼模板；所述成像鏡、阿達(dá)瑪編碼模板以及探測器依次設(shè)置于同一光軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，其特征 在于所述阿達(dá)瑪編碼模板是在平板玻璃的一面鍍制阿達(dá)瑪編碼膜層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，其特征 在于所述平板玻璃上與鍍制有阿達(dá)瑪編碼膜層相對的一面鍍制增透膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系 統(tǒng)，其特征在于所述阿達(dá)瑪編碼模板與探測器是膠合或緊貼的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，其特征 在于所述平板玻璃上鍍制有阿達(dá)瑪編碼膜層的一面和探測器膠合或緊貼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，其特征 在于所述阿達(dá)瑪編碼膜層是采用二維阿達(dá)瑪變換循環(huán)編碼或一維阿達(dá)瑪變換循環(huán)編碼所 形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，其特征 在于所述阿達(dá)瑪編碼膜層是鉻膜、銀膜或鋁膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，其特征 在于所述成像鏡是折射鏡、反射鏡或者折反鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，其特征 在于所述探測器是電荷耦合器件CCD或互補金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS光電傳感器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，其特 征在于所述探測器是面陣探測器或線陣探測器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)，包括成像鏡和探測器，該系統(tǒng)還包括阿達(dá)瑪編碼模板；成像鏡、阿達(dá)瑪編碼模板以及探測器依次設(shè)置于同一光軸上；本發(fā)明提供一種可多通道同時探測、高能量輸入、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方式靈活、設(shè)備體積小、重量輕的基于阿達(dá)瑪變換編碼的高分辨率光學(xué)遙感載荷系統(tǒng)。
文檔編號G02B27/58GK101865686SQ20091002207
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者呂群波, 周錦松, 景娟娟, 相里斌, 魏儒義 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所