掃描法面陣ccd探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空航天成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視 場拼接裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著CCD探測器技術(shù)的發(fā)展，近年來面陣CCD為成像的主要載體，大面陣、小像元的 CCD給航空遙感器的發(fā)展帶來了很大的便利。但是由于現(xiàn)階段技術(shù)的局限，大面陣CCD的生 產(chǎn)還存在困難，即使生產(chǎn)出來價(jià)格也非常昂貴，因此，利用多片面陣CCD進(jìn)行拼接代替單片 的大面陣CCD成為了遙感器研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003] 過去，曾經(jīng)采用過多種方法來實(shí)現(xiàn)拼接，例如通過工具顯微鏡對(duì)線陣CCD進(jìn)行機(jī)械 拼接，利用光柵尺對(duì)多片小面陣CCD進(jìn)行拼接。雖然取得了很多成果，但對(duì)于分視場拼接的 面陣CCD無法實(shí)現(xiàn)拼接，大面陣CCD的高精度拼接，仍然沒有尋求到更好的方法。
[0004] 即使采用了半反半透的棱鏡進(jìn)行光學(xué)拼接，雖然精度達(dá)到了要求，所得到的視場 也很有限，而且半反半透的棱鏡會(huì)造成能量的損失，不利于成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí) 視場拼接裝置及方法，該方法實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性好、精度高，可以實(shí)現(xiàn)大視場的光學(xué)拼接。
[0006] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 掃描法面陣(XD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置，該裝置包括:(XD-A、(XD-B、焦平面調(diào)整 墊、棱鏡組件、光源、分劃板、平行光管、擺鏡、鏡頭和微調(diào)機(jī)構(gòu);所述光源發(fā)出光線，經(jīng)過分 劃板和平行光管后，由處于不同位置的擺鏡反射，通過鏡頭，將帶有分劃板信息的光線由棱 鏡組件分別反射至位于棱鏡組件對(duì)稱兩側(cè)的CCD-A和CCD-B中并成像;焦平面調(diào)整墊安裝在 (XD-A和(XD-B的感光面上;(XD-A和(XD-B分別安裝在各自的微調(diào)機(jī)構(gòu)上。
[0008] 掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置的拼接方法，該方法包括如下步驟：
[0009]步驟一:調(diào)整鏡頭和平行光管，使平行光管的光軸與鏡頭的光軸垂直;校準(zhǔn)擺鏡姿 態(tài)，使擺鏡的鏡面法線與平行光管的光軸和鏡頭光軸成45°角；
[0010] 步驟二：調(diào)整焦平面調(diào)整墊，使CCD-A和(XD-B的感光面位于同一焦平面上；帶有分 劃板信息的光線通過鏡頭經(jīng)棱鏡組件后分別成像在(XD-A和(XD-B上；
[0011] 步驟三:(XD-A和(XD-B對(duì)同一分劃板成像，通過擺鏡掃描和微調(diào)結(jié)構(gòu)調(diào)整CCD-A和 CCD-B的姿態(tài)，再通過擺鏡的旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算確定CCD-A和CCD-B的位置，實(shí)現(xiàn)掃描法面陣CCD 探測器實(shí)時(shí)視場拼接的方法。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：
[0013] 本發(fā)明利用擺鏡的擺掃使得兩塊CCD對(duì)分劃板成像，分劃板中心成像的位置與擺 鏡擺角成三角函數(shù)關(guān)系，根據(jù)視場的大小確定擺鏡的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)擺鏡轉(zhuǎn)角和分劃板中 心成像的像元坐標(biāo)確定(XD-A和CCD-B的位置，保證像元對(duì)正。經(jīng)試驗(yàn)證明，本發(fā)明拼接精度 達(dá)到共面誤差小于0.01mm，搭接誤差小于0.009mm，平行誤差小于0.009mm，搭接像元可任 Ο
【附圖說明】
[0014] 圖1本發(fā)明掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2本發(fā)明掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置微調(diào)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖3本發(fā)明掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接方法圖像示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置的結(jié)構(gòu)部分由CCD-A1、焦平面調(diào)整墊2、棱鏡組件3、CCD-B4、光源5、分劃板6、平行光管7、擺鏡8、鏡頭9、微調(diào)機(jī) 構(gòu)10、機(jī)體11構(gòu)成。光源5發(fā)出光線，經(jīng)過分劃板6和平行光管7后，經(jīng)由處于不同位置的擺鏡 8反射，通過鏡頭9,分別到達(dá)棱鏡組件3的不同位置后，反射帶有分劃板6信息的光線分別成 像在CCD-A1和CCD-B4中。棱鏡組件3由棱鏡安裝于棱鏡框架內(nèi)、封膠固定;(XD-A1和CCD-B4 相對(duì)于棱鏡組件3對(duì)稱面對(duì)稱布置、通過焦平面調(diào)整墊2安裝于相機(jī)機(jī)體框架上。光源5可對(duì) 亮度進(jìn)行調(diào)節(jié);分劃板6線寬為一個(gè)像元(0.009mm);平行光管7焦距要求大于鏡頭9焦距的4 倍;鏡頭9為遙感器鏡頭;(XD-A1和(XD-B4分別安裝在各自的微調(diào)機(jī)構(gòu)10上。微調(diào)機(jī)構(gòu)10和 機(jī)體11配合可精確調(diào)整(XD-A1和(XD-B4的位置和角度。
[0019] 如圖2所示，微調(diào)機(jī)構(gòu)10由外框架14、姿態(tài)調(diào)整旋鈕15、平移調(diào)整旋鈕16、內(nèi)框架 17、安裝螺釘18組成。外框架14通過螺釘18安裝在機(jī)體11上，姿態(tài)調(diào)整旋鈕15安裝在內(nèi)框架 17上，可以調(diào)節(jié)(XD-A1和(XD-B4的姿態(tài)，平移調(diào)整旋鈕16安裝在外框架14上，可以調(diào)節(jié)CCD-A1和(XD-B4的平移位置。
[0020] 掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置的拼接方法，該方法包括如下步驟：
[0021 ]步驟一:調(diào)整鏡頭9和平行光管7，使平行光管7的光軸與鏡頭9的光軸垂直;校準(zhǔn)擺 鏡8姿態(tài)，使擺鏡8的鏡面法線與平行光管7的光軸和鏡頭9光軸成45°角
[0022] 步驟二：調(diào)整焦平面調(diào)整墊2，使CCD-A1和CCD-B4的感光面位于同一焦平面上；帶 有分劃板6信息的光線通過鏡頭9經(jīng)棱鏡組件3反射后分別成像在(XD-A1和(XD-B4上；
[0023]步驟三：(XD-A1和CCD-B4對(duì)同一分劃板6成像，通過擺鏡8掃描和微調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)整 (XD-A1和(XD-B4的姿態(tài)，再通過擺鏡8的旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算確定(XD-A1和CCD-B4的位置，實(shí)現(xiàn)掃 描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接的方法。
[0024] 首先，調(diào)整擺鏡8的角度，使分劃板6成像在CCD-A1的視場一側(cè)邊緣，記錄分劃板6 十字絲中心12對(duì)應(yīng)的像元行列序號(hào)，即為(n、0);旋轉(zhuǎn)擺鏡8度角，使分劃板6成像在CCD-A1 視場的另一側(cè)邊緣，通過調(diào)整姿態(tài)調(diào)整旋鈕15,改變CCD-A1姿態(tài)，使分劃板6中心所在像元 位置的行數(shù)與上一步記錄的像元行數(shù)相同，并記錄分劃板6十字絲中心13對(duì)應(yīng)的像元行列 序號(hào)，即為(n、m);如圖3所示、 &1、&2為分劃板6中心在(XD-A1所成圖像的像元位置坐標(biāo)分別 為(n、0)和(n、m)。
[0025] 其次，通過步驟一的方法調(diào)整CCD-B4成像并記錄，使分劃板6中心所在像元位置在 CCD-B4成像的行數(shù)與分劃板6中心所在像元位置在CCD-A1成像的行數(shù)相同；完成CCD-A1和 (XD-B4平行度的拼接。
[0026]再次，已知鏡頭的焦距為f，兩個(gè)(XD像面間距為L，面陣CCD有效視場的寬度為B，計(jì) 算擺鏡8的旋轉(zhuǎn)角度為α公式如下：
[0028]最后，調(diào)整平移調(diào)整旋鈕16使CCD-A1平移，并調(diào)節(jié)擺鏡8的角度，使分劃板6中心成 像在(XD-A1的視場一側(cè)邊緣，像元坐標(biāo)為(ιη,πη);將擺鏡繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)α，調(diào)節(jié)平移調(diào)整旋鈕 16平移CCD-B4，使分劃板6中心成像在CCD-B4視場的另一側(cè)邊緣，像元坐標(biāo)為(0，nu);分劃 板6中心所在像元位置列數(shù)與成像在CCD-A1的像元列數(shù)相同；移除螺釘18,拆掉微調(diào)機(jī)構(gòu) 10,完成CCD-A1與CCD-B4的拼接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置，其特征在于，該裝置包括:(XD-A、CXD-B、 焦平面調(diào)整墊、棱鏡組件、光源、分劃板、平行光管、擺鏡、鏡頭和微調(diào)機(jī)構(gòu);所述光源發(fā)出光 線，經(jīng)過分劃板和平行光管后，由處于不同位置的擺鏡反射，通過鏡頭，將帶有分劃板信息 的光線由棱鏡組件分別反射至位于棱鏡組件對(duì)稱兩側(cè)的CCD-A和CCD-B中并成像;焦平面調(diào) 整墊安裝在CXD-A和CXD-B的感光面上;CXD-A和CXD-B分別安裝在各自的微調(diào)機(jī)構(gòu)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置，其特征在于，所述 微調(diào)機(jī)構(gòu)包括:外框架、姿態(tài)調(diào)整旋鈕、平移調(diào)整旋鈕和內(nèi)框架;姿態(tài)調(diào)整旋鈕安裝在內(nèi)框 架上;平移調(diào)整旋鈕安裝在外框架上，所述外框架和內(nèi)框架分別固定在CCD上。3. 基于權(quán)利要求1或2所述的掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置的拼接方法，其 特征在于，該方法包括如下步驟： 步驟一：調(diào)整鏡頭和平行光管，使平行光管的光軸與鏡頭的光軸垂直;校準(zhǔn)擺鏡姿態(tài)， 使擺鏡的鏡面法線與平行光管的光軸和鏡頭光軸成45°角； 步驟二：調(diào)整焦平面調(diào)整墊，使CCD-A和CCD-B的感光面位于同一焦平面上；帶有分劃板 信息的光線通過鏡頭經(jīng)棱鏡組件反射后分別成像在CXD-A和CXD-B上； 步驟三:CXD-A和CCD-B對(duì)同一分劃板成像，通過擺鏡掃描和微調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)整CXD-A和CXD-B的姿態(tài)，再通過擺鏡的旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算確定CCD-A和CCD-B的位置，實(shí)現(xiàn)掃描法面陣CCD探測 器實(shí)時(shí)視場拼接的方法。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟三的具體方法如下： 步驟一：調(diào)整擺鏡的角度，使分劃板成像在CCD-A的視場一側(cè)邊緣，記錄分劃板十字絲 中心對(duì)應(yīng)的像元行列序號(hào);旋轉(zhuǎn)擺鏡度角，使分劃板成像在CCD-A視場的另一側(cè)邊緣，通過 調(diào)整CCD-A的姿態(tài)調(diào)整旋鈕，改變CCD-A姿態(tài)，使分劃板中心所在像元位置的行數(shù)與上一步 記錄的像元行數(shù)相同； 步驟二:通過所述步驟一的方法調(diào)整CCD-B成像并記錄，使分劃板中心所在像元位置在 CCD-B成像的行數(shù)與分劃板中心所在像元位置在CCD-A成像的行數(shù)相同；完成CCD-A和CCD-B 平行度的拼接； 步驟三:已知鏡頭的焦距為f，兩個(gè)CCD像面間距為L，面陣CCD有效視場的寬度為B，計(jì)算 擺鏡的旋轉(zhuǎn)角度為α公式如下：步驟四：調(diào)整CCD-A的平移調(diào)整旋鈕和擺鏡的角度，使分劃板中心成像在CCD-A的視場 一側(cè)邊緣;將擺鏡繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)α，調(diào)節(jié)平移調(diào)整旋鈕平移CCD-B，使分劃板中心成像在CCD-B 視場的另一側(cè)邊緣，這時(shí)分劃板中心所在像元位置在CCD-B成像的行數(shù)與分劃板中心所在 像元位置在CCD-A成像的行數(shù)相同；完成CCD-A與CCD-B的拼接。
【專利摘要】掃描法面陣CCD探測器實(shí)時(shí)視場拼接裝置及方法屬于航空航天成像技術(shù)領(lǐng)域，為了解決【背景技術(shù)】中提出的面陣CCD拼接的高精度和像面匹配的要求，本發(fā)明提出了一種實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性好、高精度的光學(xué)拼接方法，可以實(shí)現(xiàn)大視場的光學(xué)拼接。本發(fā)明利用擺鏡的擺掃使得兩塊CCD對(duì)分劃板成像，分劃板中心成像的位置與擺鏡擺角成三角函數(shù)關(guān)系，根據(jù)視場的大小確定擺鏡的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)擺鏡轉(zhuǎn)角和分劃板中心成像的像元坐標(biāo)確定CCD-A和CCD-B的位置，保證像元對(duì)正。經(jīng)試驗(yàn)證明，本發(fā)明拼接精度達(dá)到共面誤差小于0.01mm，搭接誤差小于0.009mm，平行誤差小于0.009mm，搭接像元可任意。
【IPC分類】H04N5/225, H04N5/232
【公開號(hào)】CN105450912
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510755201
【發(fā)明人】張雷, 張洪文, 丁亞林, 張繼超, 李海星, 于春風(fēng)
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月9日