基于图像的高精度实时光学稳像控制系统

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1、第33卷第6期航天返回与遥感2012年12月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING61基于图像的高精度实时光学稳像控制系统何林何海燕付智红林拮(北京空间机电研究所，北京100076)摘要针对空间CCD相机由于平台振动造成的成像模糊问题，研制了一套光学稳像控制系统。利用高速CCD帧频高特点。结合基于图像的像移测量原理，设计了像移补偿闭环控制算法，实现了光轴的稳定控制．从而实现了相机稳定成像，提高图像清晰度。实验结果表明稳像控制系统动静态性能稳定，在一定带宽范围内有效减小甚至消除了平台振动对相机成像品质的影响。关键词图像

2、光学稳像稳定控制空间相机中图分类号：V448．2文献标识码：A文章编号：1009-8518(2012)06—0061—06D0I：10．3969~．issn．1009—8518．2012．06．010Image-basedHigh-precisionandReal-timeOpticalImageStabilizationSystemHELinHEHaiyanFUZhihongLINZhe(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity，Beijing100076，China)AAbstractAno

3、pticalimagestabilizationcontrolsystemisdevelopedfortheimagedegradedproblemofthespaceCCDcameracausedbyplatformvibration．Withimagemotionmeasurementprinciple，aclosedloopcontrolalgorithmisdesignedforimagemotioncompensationbyutilizingthehighfrequencycharacteristicofhigh-speedCCD

4、．Thustheline-of-sightstabilitycontrolisachievedandthemorestablyimagingisrealizedwithimagequalityimproved．Thesimulationresultshowsthatthestaticanddynamiccharacteristicsoftheimagestabilitycontrolsystemareimproved，andtheimagedegradationcausedbyplatformvibrationiseliminatedefec

5、tivelyinsomefrequencybandwidth．Keywordsimage；opticalimagestabilization；stabilitycontrol；spacecamera1引言随着空间相机要求的分辨率水平越来越高．平台振动对成像品质的影响越来越明显。卫星平台振动具有带宽较高、低频幅值大、高频幅值衰减的特点。卫星平台的振动环境复杂：1)振动频带很宽，从1Hz到200Hz的颤振都有覆盖；2)振动幅度不同，从国内外的资料中看出，不同卫星平台的振动功率谱是不同的。这种平台振动会耦合到相机的光轴上，使被摄景物与相机焦面发生相

6、对运动。在CCD相机曝光时间内．景物和焦面之间相对运动，即产生像移。当相机的空间分辨率很高时，这种像移会导致像质退化，影响图像品质．其表现为图像变得模糊，高频细节信息被淹没，很难识别和判读[1J收稿日期：2012-01—29基金项目：国家重大科技专项工程62航天返回与遥感2012年第33卷如何减小甚至消除平台振动干扰对成像品质的影响成为空间相机稳像技术的关键所在。而传统的电子稳像(ElectronicImageStabilization)方法只是去除视频图像序列帧问因摄像机无意抖动造成的扰动，它只能使视频序列在播放过程中在视觉上产生一种稳定播

7、放的效果，而不能对单幅图像在曝光时间内进行稳像，也就是不能真正提高其成像的分辨率。[2-3]目前，对于按帧成像的面阵CCD相机，解决图像模糊主要有软件补偿和硬件补偿两种方法。软件补偿是根据图像退化的机制，用软件对退化的图像进行恢复。硬件补偿是在成像系统中采用补偿元件，减小像移。由于受到时效性限制，尤其是针对大面阵CCD相机，软件补偿算法计算量大．需要一定延时．这使其实际应用受到一定限制。为了解决振动引起的图像模糊问题．研制了一套光学稳像控制系统，利用高速小面阵CCD作为像移测量装置．在光路中增加快速补偿镜实时校正相机光轴偏移．从而实现景物在主

8、成像相机焦面上的相对稳定，减小像移[51。该系统具有实时I生好、测量精度高、稳定精度高的特点。而传统的惯性稳像方法，由于使用惯性元件存在零漂问题，且惯性器件的带宽不