CN115835018A - 一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机 - Google Patents

Abstract

本申请属于航天航空技术领域，提供一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，包括飞机总线、可见光异速像移补偿模块、可见光接口模块、红外异速像移补偿模块、红外非均匀校正模块、红外接口模块、图像存储模块、图像显示模块；飞机总线分别与可见光异速像移补偿模块、红外异速像移补偿模块连接，可见光异速像移补偿模块宇可见光接口模块连接，红外异速像移补偿模块与红外非均匀校正模块连接，红外非均匀校正模块与红外接口模块连接，可见光接口模块、红外接口模块分别与图像存储模块连接，图像存储模块与图像显示模块连接。本申请的双波段航空相机在不额外增加***硬件设备的前提下，可实现航空异速像移补偿，且能够降低成像***质量、体积、功耗、成本。

Description

一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机

技术领域

本申请属于航天航空技术领域，特别涉及一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机。

背景技术

在侦察过程中，侦察机为躲避敌方雷达的监视，需要做高速低空飞行。低空高速飞行大大提高飞机自身的战场生存能力和纵深侦察监视能力，但这时航空成像的靶面上会出现严重像移，导致航空成像模糊，像移的存在极大的影响了相机成像质量，使航摄图像的分辨率明显下降。当存在像移时拍摄到的目标轮廓不清晰，目标和周围背景间存在着或大或小的过渡区，它随像移的增大而扩大，当过渡区到达一定程度时就会导致相邻两目标的成像互相交叠甚至不能分辨。飞机在前向飞行中，由于飞机自身的姿态调整(如侧身飞行)或航空相机镜头俯仰角度的调整，使得航空相机处于图1所示的斜视工作状态。在靶面上的示意图如图2所示，它的特点是靶面上像素点的像移方向相同，但不同像素区域的像移量大小不同，这种像移被称为异速像移。航空相机进行斜视工作具有重要的技战术意义，所以异速像移在航空像移中占有重要位置。

在数字化大环境的推动下，摄影测量数字化正在迅猛发展，航空摄影数字化由于大规模CCD器件、高动态定位和定姿技术的发展，加上数字航空相机自身的优点，高分辨率数字航空相机毫无疑问将逐步取代胶片作为载体的航空相机。航空数码相机在军用和民用领域都有着重要的用途和广阔的应用前景。在国民经济方面，我国正在大力发展高空对地观测技术，高分辨率面阵CCD航空相机已经在地图航空、资源普查和灾情评估等方面发挥了重要作用，其较胶片航空相机的优点已经得到明显体现。在国防安全领域，高分辨率面阵CCD航空相机在打击效果侦察、战场侦察和目标动态监视、为部队提供侦察情报保障等方面具有重要的战略意义。

随着对光学成像遥感器观测能力和功能等方面的要求不断提高，航空航天相机的发展趋势主要有以下几个方面：

分辨力提高：为了能获取清晰的图像以得到更加准确、详细的信息，光学成像遥感器经历了由普查到详查的发展过程，地面分辨力逐步提高，以适应军事观测等需要。同时，因为需要及应用场合的不同，普查和详查同时存在；

视场角增大：为提高观测效率，扩大地面覆盖面积，现在的光学成像遥感器的视场角也做得尽量大；

大相对孔径：镜头的相对孔径与光学成像遥感器的摄影分辨力和曝光量有关，相对孔径越大，镜头分辨力越高，同时像面照度也越大，曝光时间可以缩短，可降低对像移补偿***的要求；

小型化及轻量化：由于小卫星的发展，光学成像遥感器的小型化也受到高度重视，这种光学成像遥感器具有体积小、重量轻、生产周期短、运载费用低、任务项目相对较少、操作方便、简单、可靠等优点。

像移补偿方法包括以下方法：

机械补偿方法：利用机械机构移动感光介质，使像移残差尽可能小的补偿方法。美国KA-112相机扫描和横滚产生的像移是通过机械方法补偿的。机械补偿缺点：需要大功率传动装置，限制它的应用。目前感光介质往CCD转变，机械补偿逐渐被电子学补偿取代。由振动和冲击引起的像移可通过隔离减震机械式补偿；

光学补偿方法：按照补偿速度与相机像面上像移速度相等的原则，旋转或移动光路元件以改变光线的方法即光学补偿方法；

电子学补偿方法：主要使CCD电荷转移速度与像移速度相匹配的补偿方法。目前国内外采用的电子学补偿方法的有针对TDICCD的扫描像移补偿方法或前向像移补偿方法和面阵CCD的阶梯式像移补偿方法。

国内航空相机异速像移补偿方法是利用机械、光学、图像、电子式像移补偿方法，机械光学补偿***会大幅增加航空相机的重量及体积，图象式像移补偿方法是一种事后补偿方法，无法具有实时性。以上技术严重制约我国航空技术的发展。

发明内容

鉴于此，有必要针对现有技术存在的问题，提供一种在不额外增加***硬件设备的前提下，可实现航空异速像移补偿，且能够降低成像***质量、体积、功耗、成本的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机。

为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

本申请实施例提供一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，包括飞机总线、可见光异速像移补偿模块、可见光接口模块、红外异速像移补偿模块、红外非均匀校正模块、红外接口模块、图像存储模块、图像显示模块；

所述飞机总线分别与所述可见光异速像移补偿模块、所述红外异速像移补偿模块连接，所述可见光异速像移补偿模块与所述可见光接口模块连接，所述红外异速像移补偿模块与所述红外非均匀校正模块连接，所述红外非均匀校正模块与所述红外接口模块连接，所述可见光接口模块、所述红外接口模块分别与所述图像存储模块连接，所述图像存储模块与所述图像显示模块连接。

在一些实施例中，所述可见光异速像移补偿模块包括可见光控制台模块、可见光相机控制器、支持异速像移补偿功能可见光探测器、可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块、可见光驱动模块、可见光镜头，所述可见光控制台模块与所述可见光相机控制器连接，所述可见光相机控制器与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器连接，所述可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块、所述可见光驱动模块与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器连接，所述可见光镜头与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器连接。

在一些实施例中，所述红外异速像移补偿模块包括红外控制台模块、红外相机控制器、支持异速像移补偿功能红外探测器、红外异速像移补偿时序控制与驱动模块、红外驱动模块、红外镜头，所述红外控制台模块与所述红外相机控制器连接，所述红外相机控制器与所述支持异速像移补偿功能的红外探测器连接，所述红外异速像移时序控制模块、红外驱动模块与所述支持异速像移补偿功能红外探测器连接，所述红外镜头与所述支持异速像移补偿功能红外探测器连接，所述红外镜头与所述支持异速像移补偿功能红外探测器连接。

在一些实施例中，所述图像存储模块可以存储可见光图像和红外图像，所述图像显示模块可以显示可见光图像和红外图像。

在一些实施例中，所述支持异速像移补偿功能可见光探测器、所述支持异速像移补偿功能红外探测器阵列中像素信息被细分为多块，每块独立控制像移电荷转移速度。

在一些实施例中，所述可见光控制台模块、所述红外控制台模块利用嵌入式微型计算机PC104微型计算机***开发。

在一些实施例中，所述可见光相机控制器、所述红外相机控制器利用单片机P89LV51RD2开发。

在一些实施例中，所述可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块、红外异速像移补偿时序控制与驱动模块利用FPGA芯片XC95144XL开发。

在一些实施例中，所述可见光驱动模块、所述红外驱动模块为一体化模块。

在一些实施例中，所述可见光接口模块利用专用芯片DS90CR287开发；所述红外非均匀性校正模块利用DSP芯片TMS320F28335进行开发；所述红外接口模块利用专用芯片DS90CR287开发；所述图像存储模块利用专用开发板Hi3359A进行开发；所述图像显示模块利用触摸屏计算机作为硬件载体，QT开发显示软件。

本申请采用上述技术方案具备下述效果：

本申请的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，包括飞机总线、可见光异速像移补偿模块、可见光接口模块、红外异速像移补偿模块、红外非均匀校正模块、红外接口模块、图像存储模块、图像显示模块；所述飞机总线分别与所述可见光异速像移补偿模块、所述红外异速像移补偿模块连接，所述可见光异速像移补偿模块宇所述可见光接口模块连接，所述红外异速像移补偿模块与所述红外非均匀校正模块连接，所述红外非均匀校正模块与所述红外接口模块连接，所述可见光接口模块、所述红外接口模块分别与所述图像存储模块连接，所述图像存储模块与所述图像显示模块连接。本申请的双波段航空相机在不额外增加***硬件设备的前提下，可实现航空异速像移补偿，且能够降低成像***质量、体积、功耗、成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的航空异速像移原理示意图；

图2为本申请实施例提供的靶面上异速像移示意图；

图3为本申请实施例提供的支持异速像移补偿功能的双波段航空相机组成示意图；

图4为本申请实施例提供的可见光异速像移补偿模块的组成示意图；

图5为本申请实施例提供的红外异速像移补偿模块的组成示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

异速像移产生的原因：

在侦察过程中，侦察机为躲避敌方雷达的监视，需要做高速低空飞行。高速低空飞行大大提高飞机自身的战场生存能力和纵深侦察监视能力，但这时航空成像的靶面上会出现严重像移，导致航空成像模糊，影响航空侦察的效果。

飞机在前向飞行中，由于飞机自身的姿态调整(如侧身飞行)或航空相机镜头俯仰角度的调整，使得航空相机处于图1所示的斜视工作状态。在靶面上的示意图如图1所示，面阵CCD相机倾斜照相时，由于飞机倾斜时，在单幅地面区域内，近点目标在像面上的前向像移速度同远点的前向像移速度相比，方向相同，大小不等。将这种方向相等，大小不等的前向像移速度定义为异速像移。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。

实施例1

如图3所示，本申请实施例提供一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，包括飞机总线10、可见光异速像移补偿模块20、可见光接口模块40、红外异速像移补偿模块30、红外非均匀校正模块37、红外接口模块50、图像存储模块60、图像显示模块70；

所述飞机总线10分别与所述可见光异速像移补偿模块20、所述红外异速像移补偿模块30连接，所述可见光异速像移补偿模块20宇所述可见光接口模块40连接，所述红外异速像移补偿模块30与所述红外非均匀校正模块37连接，所述红外非均匀校正模块37与所述红外接口模块50连接，所述可见光接口模块40、所述红外接口模块50分别与所述图像存储模块60连接，所述图像存储模块60与所述图像显示模块70连接。

如图4所示，所述可见光异速像移补偿模块20包括可见光控制台模块21、可见光相机控制器22、支持异速像移补偿功能可见光探测器25、可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块23、可见光驱动模块24、可见光镜头26，所述可见光控制台模块21与所述可见光相机控制器22连接，所述可见光相机控制器22与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25连接，所述可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块23、所述可见光驱动模块24与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25连接，所述可见光镜头26与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25连接。

如图5所示，所述红外异速像移补偿模块30包括红外控制台模块31、红外相机控制器32、支持异速像移补偿功能红外探测器35、红外异速像移补偿时序控制与驱动模块33、红外驱动模块34、红外镜头36，所述红外控制台模块31与所述红外控制器连接，所述红外相机控制器32与所述支持异速像移补偿功能的红外探测器连接，所述红外异速像移时序控制模块、红外驱动模块34与所述支持异速像移补偿功能红外探测器35连接，所述红外镜头36与所述支持异速像移补偿功能红外探测器35连接，所述红外镜头36与所述支持异速像移补偿功能红外探测器35连接。

具体的，所述飞机总线10与所述可见光控制台模块21通过ASM总线相连接，所述可见光控制台模块21与所述可见光相机控制器22通过RS232接口相连接，所述可见光相机控制器22与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25通过RS232接口相连接，所述可见光相机控制器22与所述可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块23通过RS232接口相连接，所述可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块23与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25通过RS232接口相连接，所述可见光驱动模块24与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25相连接，所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25与所述可见光镜头26相连接，所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25与所述可见光接口模块40通过Cameralink接口相连接，所述可见光接口模块40与所述图像存储模块60通过USB3.0接口相连接。

所述飞机总线10与所述红外控制台模块31通过ASM总线相连接，所述红外控制台模块31与所述可见红外控制器通过RS232接口相连接，所述红外相机控制器32与所述支持异速像移补偿功能红外探测器35通过RS232接口相连接，所述红外相机控制器32与所述红外异速像移补偿时序控制与驱动模块33通过RS232接口相连接，所述红外异速像移补偿时序控制与驱动模块33与所述支持异速像移补偿功能红外探测器35通过RS232接口相连接，所述红外驱动模块与所述支持异速像移补偿功能红外探测器35相连接，所述支持异速像移补偿功能红外探测器35与所述可见光镜头26相连接，所述支持异速像移补偿功能红外探测器35与所述红外非均匀性校正模块通过3Wire总线连接，所述红外非均匀性校正模块与所述红外接口模块50通过Cameralink接口相连接，所述红外接口模块50与所述图像存储模块60通过USB3.0接口相连接。

需要进一步说明的是，所述飞机总线10为ASM总线；所述可见光控制台模块21、所述红外控制台模块31利用嵌入式微型计算机PC104微型计算机***开发；所述可见光相机控制器22、所述红外相机控制器32利用单片机P89LV51RD2开发；所述可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块23、所述红外异速像移补偿控制模块利用FPGA芯片XC95144XL开发；所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25、所述支持异速像移补偿功能红外探测器35阵列中像素信息被细分为许多块，每块可以独立控制像素电荷转移速度；所述可见光驱动模块24、所述红外驱动模块34均为一体化模块；所述可见光镜头26、所述红外镜头36为光学镜头；所述可见光接口模块40利用专用芯片DS90CR287开发；所述红外非均匀性校正模块利用DSP芯片TMS320F28335进行开发；所述红外接口模块50利用专用芯片DS90CR287开发；所述图像存储模块60利用专用开发板Hi3359A进行开发；所述图像显示模块70利用触摸屏计算机作为硬件载体，QT开发显示软件。

本申请支持异速像移补偿的双波段航空相机的工作原理是：

所述飞机总线10向可见光控制台模块21提供飞机的高度和速度信息；所述可见光控制台模块21用于发送可见光相机工作指令及工作参数，工作指令如相机开、相机关、调光、调焦指令，工作参数如焦距、飞行高度、飞行速度；所述可见光相机控制器22用于接收可见光操作台模块发送的工作指令及工作参数，同时向所述支持异速像移补偿可见光探测器25转发相机工作指令，并且根据工作参数确定任务参数如工作模式、阵列大小、阵列中纵向组个数、像素大小，并向所述可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块23发送可见光垂直转移时序控制指令，控制每组的垂直转移电荷移动进行异速像移补偿；所述可见光驱动模块24用于产生水平驱动、垂直驱动信号来驱动所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25工作；所述可见光镜头26采集光信号将光信号传输至所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25；所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25将光信号转换为电信号，将像移补偿后的信号通过所述可见光接口模块40Cameralink输出至所述图像存储模块60，所述图像存储模块60存储异速像移补偿后的图像，所述图像显示模块70用于显示图像，供用户浏览观看。

所述飞机总线10向所述红外控制台模块31提供飞机的高度和速度信息；所述红外控制台模块31用于发送红外相机工作指令及工作参数，工作指令如相机开、相机关、调光、调焦指令，工作参数如焦距、飞行高度、飞行速度；红外相机控制器32用于接收红外操作台模块发送的工作指令及工作参数，同时向所述支持异速像移补偿红外探测器35转发相机工作指令，并且根据工作参数确定任务参数如工作模式、阵列大小、阵列中纵向组个数、像素大小，并向所述红外异速像移补偿时序控制与驱动模块33发送红外垂直转移时序控制指令，控制每组的垂直转移电荷移动进行异速像移补偿；所述红外驱动模块34用于产生水平驱动、垂直驱动信号来驱动支持异速像移补偿功能红外探测器35工作；所述红外镜头36采集光信号将光信号传输至所述支持异速像移补偿功能可见光探测器25；所述支持异速像移补偿功能红外探测器35将光信号转换为电信号，所述红外非均匀性校正模块将像移补偿后的信号进行非均匀性校正，通过所述可见光接口模块40Cameralink输出至所述图像存储模块60，所述图像存储模块60存储异速像移补偿后的图像，所述图像显示模块70用于显示图像，供用户浏览观看。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，包括飞机总线、可见光异速像移补偿模块、可见光接口模块、红外异速像移补偿模块、红外非均匀校正模块、红外接口模块、图像存储模块、图像显示模块；

所述飞机总线分别与所述可见光异速像移补偿模块、所述红外异速像移补偿模块连接，所述可见光异速像移补偿模块与所述可见光接口模块连接，所述红外异速像移补偿模块与所述红外非均匀校正模块连接，所述红外非均匀校正模块与所述红外接口模块连接，所述可见光接口模块、所述红外接口模块分别与所述图像存储模块连接，所述图像存储模块与所述图像显示模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，所述可见光异速像移补偿模块包括可见光控制台模块、可见光相机控制器、支持异速像移补偿功能可见光探测器、可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块、可见光驱动模块、可见光镜头，所述可见光控制台模块与所述可见光相机控制器连接，所述可见光相机控制器与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器连接，所述可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块、所述可见光驱动模块与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器连接，所述可见光镜头与所述支持异速像移补偿功能可见光探测器连接。

3.根据权利要求2所述的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，所述红外异速像移补偿模块包括红外控制台模块、红外相机控制器、支持异速像移补偿功能红外探测器、红外异速像移补偿时序控制与驱动模块、红外驱动模块、红外镜头，所述红外控制台模块与所述红外相机控制器连接，所述红外相机控制器与所述支持异速像移补偿功能的红外探测器连接，所述红外异速像移时序控制模块、红外驱动模块与所述支持异速像移补偿功能红外探测器连接，所述红外镜头与所述支持异速像移补偿功能红外探测器连接，所述红外镜头与所述支持异速像移补偿功能红外探测器连接。

4.根据权利要求1所述的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，所述图像存储模块可以存储可见光图像和红外图像，所述图像显示模块可以显示可见光图像和红外图像。

5.根据权利要求3所述的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，所述支持异速像移补偿功能可见光探测器、所述支持异速像移补偿功能红外探测器阵列中像素信息被细分为多块，每块独立控制像移电荷转移速度。

6.根据权利要求3所述的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，所述可见光控制台模块、所述红外控制台模块利用嵌入式微型计算机PC104微型计算机***开发。

7.根据权利要求3所述的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，所述可见光相机控制器、所述红外相机控制器利用单片机P89LV51RD2开发。

8.根据权利要求3所述的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，所述可见光异速像移补偿时序控制与驱动模块、红外异速像移补偿时序控制与驱动模块利用FPGA芯片XC95144XL开发。

9.根据权利要求3所述的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，所述可见光驱动模块、所述红外驱动模块为一体化模块。

10.根据权利要求3所述的一种支持异速像移补偿功能的双波段航空相机，其特征在于，所述可见光接口模块利用专用芯片DS90CR287开发；所述红外非均匀性校正模块利用DSP芯片TMS320F28335进行开发；所述红外接口模块利用专用芯片DS90CR287开发；所述图像存储模块利用专用开发板Hi3359A进行开发；所述图像显示模块利用触摸屏计算机作为硬件载体，QT开发显示软件。

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