CN105450912A - 扫描法面阵ccd探测器实时视场拼接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置及方法属于航空航天成像技术领域，为了解决背景技术中提出的面阵CCD拼接的高精度和像面匹配的要求，本发明提出了一种实时性好、稳定性好、高精度的光学拼接方法，可以实现大视场的光学拼接。本发明利用摆镜的摆扫使得两块CCD对分划板成像，分划板中心成像的位置与摆镜摆角成三角函数关系，根据视场的大小确定摆镜的旋转角度，根据摆镜转角和分划板中心成像的像元坐标确定CCD-A和CCD-B的位置，保证像元对正。经试验证明，本发明拼接精度达到共面误差小于0.01mm，搭接误差小于0.009mm，平行误差小于0.009mm，搭接像元可任意。

Description

扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置及方法
技术领域
本发明属于航空航天成像技术领域，具体涉及一种扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置及方法。
背景技术
随着CCD探测器技术的发展，近年来面阵CCD为成像的主要载体，大面阵、小像元的CCD给航空遥感器的发展带来了很大的便利。但是由于现阶段技术的局限，大面阵CCD的生产还存在困难，即使生产出来价格也非常昂贵，因此，利用多片面阵CCD进行拼接代替单片的大面阵CCD成为了遥感器研究的关键技术之一。
过去，曾经采用过多种方法来实现拼接，例如通过工具显微镜对线阵CCD进行机械拼接，利用光栅尺对多片小面阵CCD进行拼接。虽然取得了很多成果，但对于分视场拼接的面阵CCD无法实现拼接，大面阵CCD的高精度拼接，仍然没有寻求到更好的方法。
即使采用了半反半透的棱镜进行光学拼接，虽然精度达到了要求，所得到的视场也很有限，而且半反半透的棱镜会造成能量的损失，不利于成像。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置及方法，该方法实时性好、稳定性好、精度高，可以实现大视场的光学拼接。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置，该装置包括：CCD-A、CCD-B、焦平面调整垫、棱镜组件、光源、分划板、平行光管、摆镜、镜头和微调机构；所述光源发出光线，经过分划板和平行光管后，由处于不同位置的摆镜反射，通过镜头，将带有分划板信息的光线由棱镜组件分别反射至位于棱镜组件对称两侧的CCD-A和CCD-B中并成像；焦平面调整垫安装在CCD-A和CCD-B的感光面上；CCD-A和CCD-B分别安装在各自的微调机构上。
扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置的拼接方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：调整镜头和平行光管，使平行光管的光轴与镜头的光轴垂直；校准摆镜姿态，使摆镜的镜面法线与平行光管的光轴和镜头光轴成45°角；
步骤二：调整焦平面调整垫，使CCD-A和CCD-B的感光面位于同一焦平面上；带有分划板信息的光线通过镜头经棱镜组件后分别成像在CCD-A和CCD-B上；
步骤三：CCD-A和CCD-B对同一分划板成像，通过摆镜扫描和微调结构调整CCD-A和CCD-B的姿态，再通过摆镜的旋转角度计算确定CCD-A和CCD-B的位置，实现扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接的方法。
本发明的有益效果是：
本发明利用摆镜的摆扫使得两块CCD对分划板成像，分划板中心成像的位置与摆镜摆角成三角函数关系，根据视场的大小确定摆镜的旋转角度，根据摆镜转角和分划板中心成像的像元坐标确定CCD-A和CCD-B的位置，保证像元对正。经试验证明，本发明拼接精度达到共面误差小于0.01mm，搭接误差小于0.009mm，平行误差小于0.009mm，搭接像元可任意。
附图说明
图1本发明扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置结构示意图。
图2本发明扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置微调结构示意图。
图3本发明扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接方法图像示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置的结构部分由CCD-A1、焦平面调整垫2、棱镜组件3、CCD-B4、光源5、分划板6、平行光管7、摆镜8、镜头9、微调机构10、机体11构成。光源5发出光线，经过分划板6和平行光管7后，经由处于不同位置的摆镜8反射，通过镜头9，分别到达棱镜组件3的不同位置后，反射带有分划板6信息的光线分别成像在CCD-A1和CCD-B4中。棱镜组件3由棱镜安装于棱镜框架内、封胶固定；CCD-A1和CCD-B4相对于棱镜组件3对称面对称布置、通过焦平面调整垫2安装于相机机体框架上。光源5可对亮度进行调节；分划板6线宽为一个像元(0.009mm)；平行光管7焦距要求大于镜头9焦距的4倍；镜头9为遥感器镜头；CCD-A1和CCD-B4分别安装在各自的微调机构10上。微调机构10和机体11配合可精确调整CCD-A1和CCD-B4的位置和角度。
如图2所示，微调机构10由外框架14、姿态调整旋钮15、平移调整旋钮16、内框架17、安装螺钉18组成。外框架14通过螺钉18安装在机体11上，姿态调整旋钮15安装在内框架17上，可以调节CCD-A1和CCD-B4的姿态，平移调整旋钮16安装在外框架14上，可以调节CCD-A1和CCD-B4的平移位置。
扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置的拼接方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：调整镜头9和平行光管7，使平行光管7的光轴与镜头9的光轴垂直；校准摆镜8姿态，使摆镜8的镜面法线与平行光管7的光轴和镜头9光轴成45°角
步骤二：调整焦平面调整垫2，使CCD-A1和CCD-B4的感光面位于同一焦平面上；带有分划板6信息的光线通过镜头9经棱镜组件3反射后分别成像在CCD-A1和CCD-B4上；
步骤三：CCD-A1和CCD-B4对同一分划板6成像，通过摆镜8扫描和微调机构调整CCD-A1和CCD-B4的姿态，再通过摆镜8的旋转角度计算确定CCD-A1和CCD-B4的位置，实现扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接的方法。
首先，调整摆镜8的角度，使分划板6成像在CCD-A1的视场一侧边缘，记录分划板6十字丝中心12对应的像元行列序号，即为(n、0)；旋转摆镜8度角，使分划板6成像在CCD-A1视场的另一侧边缘，通过调整姿态调整旋钮15，改变CCD-A1姿态，使分划板6中心所在像元位置的行数与上一步记录的像元行数相同，并记录分划板6十字丝中心13对应的像元行列序号，即为(n、m)；如图3所示、a1、a2为分划板6中心在CCD-A1所成图像的像元位置坐标分别为(n、0)和(n、m)。
其次，通过步骤一的方法调整CCD-B4成像并记录，使分划板6中心所在像元位置在CCD-B4成像的行数与分划板6中心所在像元位置在CCD-A1成像的行数相同；完成CCD-A1和CCD-B4平行度的拼接。
再次，已知镜头的焦距为f，两个CCD像面间距为L，面阵CCD有效视场的宽度为B，计算摆镜8的旋转角度为α公式如下：
α = a r c t a n 2 B + L 2 f
最后，调整平移调整旋钮16使CCD-A1平移，并调节摆镜8的角度，使分划板6中心成像在CCD-A1的视场一侧边缘，像元坐标为(n1，m1)；将摆镜绕转轴旋转α，调节平移调整旋钮16平移CCD-B4，使分划板6中心成像在CCD-B4视场的另一侧边缘，像元坐标为(0，m1)；分划板6中心所在像元位置列数与成像在CCD-A1的像元列数相同；移除螺钉18，拆掉微调机构10，完成CCD-A1与CCD-B4的拼接。

Claims (4)

1.扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置，其特征在于，该装置包括：CCD-A、CCD-B、焦平面调整垫、棱镜组件、光源、分划板、平行光管、摆镜、镜头和微调机构；所述光源发出光线，经过分划板和平行光管后，由处于不同位置的摆镜反射，通过镜头，将带有分划板信息的光线由棱镜组件分别反射至位于棱镜组件对称两侧的CCD-A和CCD-B中并成像；焦平面调整垫安装在CCD-A和CCD-B的感光面上；CCD-A和CCD-B分别安装在各自的微调机构上。
2.根据权利要求1所述的扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置，其特征在于，所述微调机构包括：外框架、姿态调整旋钮、平移调整旋钮和内框架；姿态调整旋钮安装在内框架上；平移调整旋钮安装在外框架上，所述外框架和内框架分别固定在CCD上。
3.基于权利要求1或2所述的扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接装置的拼接方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：调整镜头和平行光管，使平行光管的光轴与镜头的光轴垂直；校准摆镜姿态，使摆镜的镜面法线与平行光管的光轴和镜头光轴成45°角；
步骤二：调整焦平面调整垫，使CCD-A和CCD-B的感光面位于同一焦平面上；带有分划板信息的光线通过镜头经棱镜组件反射后分别成像在CCD-A和CCD-B上；
步骤三：CCD-A和CCD-B对同一分划板成像，通过摆镜扫描和微调机构调整CCD-A和CCD-B的姿态，再通过摆镜的旋转角度计算确定CCD-A和CCD-B的位置，实现扫描法面阵CCD探测器实时视场拼接的方法。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法如下：
步骤一：调整摆镜的角度，使分划板成像在CCD-A的视场一侧边缘，记录分划板十字丝中心对应的像元行列序号；旋转摆镜度角，使分划板成像在CCD-A视场的另一侧边缘，通过调整CCD-A的姿态调整旋钮，改变CCD-A姿态，使分划板中心所在像元位置的行数与上一步记录的像元行数相同；
步骤二：通过所述步骤一的方法调整CCD-B成像并记录，使分划板中心所在像元位置在CCD-B成像的行数与分划板中心所在像元位置在CCD-A成像的行数相同；完成CCD-A和CCD-B平行度的拼接；
步骤三：已知镜头的焦距为f，两个CCD像面间距为L，面阵CCD有效视场的宽度为B，计算摆镜的旋转角度为α公式如下：
α = a r c t a n 2 B + L 2 f
步骤四：调整CCD-A的平移调整旋钮和摆镜的角度，使分划板中心成像在CCD-A的视场一侧边缘；将摆镜绕转轴旋转α，调节平移调整旋钮平移CCD-B，使分划板中心成像在CCD-B视场的另一侧边缘，这时分划板中心所在像元位置在CCD-B成像的行数与分划板中心所在像元位置在CCD-A成像的行数相同；完成CCD-A与CCD-B的拼接。
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