彩色大面阵CCD 相机的像移补偿技术

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1、彩色大面阵CCD相机的像移补偿技术IMCTechnologyoftheAreaScancolorCCDCamera（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033）李清军陈浠惠陈志超LIQingjunChenXihuiChenZhichao摘要航空相机在拍照瞬间由于飞机飞行运动和姿态变化而产生像移，要提高照相分辨力需通过像移补偿实现；在分析像移产生原因，再结合彩色大面阵CCD相机的特点，确定采用三轴陀螺稳定平台结合摆扫扫描镜头的方法补偿像移，并分析计算了补偿后的像移残差，结果满足残差小于1/3像元的指标要求，证明本文论述的像移补偿技术正

2、确可行。关键词彩色面阵CCD相机像移补偿像移残差Abstracts：：：Becausethattheimagemotionisbroughtoutinaeroplane’scontinuingflightandthechangeofairplane’sgestureangleswhichincludesroll,pitchandyaw,itisnecessarytoenhancetheimageresolutionofthecamerainphotographingbyimagemotioncompensation(IMC).Basedonthean

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

4、eIMCmethodisrightandefficient.Keywords:areascancolourCCDcamera;IMC;remainimagemotion1引言航空侦察是获取地面信息的主要手段之一，彩色CCD相机以其丰富的图像细节信息在航空遥感领域应用前景广阔。航空相机与一般地面照相的主要区别在于相机在工作过程中，始终处于运动状态。当相机在曝光时间内成像时，被拍照的景物的影象与CCD探测器之间的相对运动，将这种运动简称为像移。像移使拍照分辨力降低，彩色图像变模糊，影响成像质量。为提高照相质量，需对因飞机的运动和姿态变化引起的像移进行补偿

5、。不同工作原理、安装方式的相机，其像移的产生大小及补偿方式亦不同。分析知道，航空相机在照相过程中产生的像移综合起来有三种：飞机向前飞行产生的像移；飞机的飞行姿态（俯仰、偏航和横滚）产生的像移；飞机的振动及气流波动引起的振动而产生的像移。本文用分析垂直画幅式彩色大面阵CCD相机的像移产生原因，探讨了彩色大面阵CCD相机的像移补偿方法，计算了采用该补偿技术后的像移残差。证明应用该方法，能够实时地补偿在拍照时产生的像移，且满足指标要求。2像依产生原因的分析[1]计算像移的方法主要分为四种：正交投影分解法，动态光学理论法，光线追踪法及坐标变化法。其中前三种方

6、法复杂不易在工程上实现，坐标变换是涉及空间位置关系转换的数学处理方法，在航空相机领域用到的坐标变换是将坐标系旋转等同相机的姿态变换，实质是空间点的坐标在不同参考坐标系的表示之间的转换关系，用地面上同一点在姿态变换前后像面不同坐标值之间的矩阵关系求出像移量，所以该方法直观、运算简洁、简单易行。从地物到像面的变换共有三个坐标系(坐标系采用右手坐标系)：(1).地物坐标系G(G1，G2，G3)G2轴的指向与飞机航向平行，G3轴指向天顶，G1轴在地平面内与G2轴垂直。(2)飞机坐标系C(C1，C2，C3)G系沿G1轴平移(-m1)，沿G3轴平移H，沿G2轴平

7、移（-m2），就得到相机坐标系C。飞机的三轴姿态角为偏航角Υ，俯仰角ρ和横滚角φ。Υ绕C3轴的转角；ρ绕C1轴的转角；φ绕C2轴的转角。为分析简便，这里忽略了飞机震动产生的影响。(3).像面坐标系P（P1，P2，P3）因飞机与相机一体，飞机姿态发生变化后，相机也随着变化，所以认为飞机坐标系与相机坐标系重合。飞机坐标系沿C3轴平移-f,各轴同时缩小-f/L倍得像面坐标系P。拍照目标从地物坐标系G中的位置到像面坐标系P的转换过程见图1。'C3C3P2C2PP31'C1C1G3G2G1图1地物坐标系到像面坐标系的变换示意图地面上一点O在飞机坐标系C上的坐标

8、为O（m1,m2,-H）,姿态变化后在坐标系C´的坐标为O´(0,0,L),根据坐标变换原理，则O点与O´点