航空相机前向像移补偿精度测量方法(20140705)(2)

移来的电荷进行累计, 最后读出累积的电信号。

图1是以一定速度下降的小球在CCD成像区不同时刻, 电荷积分转移的过程。时刻A, 目标在CCD成像区位置1部分像元上成像； 时刻B, 目标运动到位置2, 此时位置1的像元也以像移速度转移到位置2, 在位置2对同一目标继续曝光, 依次类推, 完成整个曝光过程。

图1 TDI CCD曝光过程示意图

Fig.1 Schematic of TDI CCD exposure process 2.2 前向像移补偿原理

航空相机前向像移及补偿原理如图2所示。

飞行速度V

aa

IMC

焦平面

扫描镜

物镜

AA

地面景物

图2航空相机的前向像移补偿示意图

Fig.2 Schematic of aerial camera's forward motion

compensation

相机在某一曝光期间, 由于飞机以速度V飞行, 地面景物A点相对飞机向后运动到A′点, 通过光学系统成像在a′点, 这种像移使影像模糊不清。这种由于飞机飞行引起的前向像移速度由下式表示:

'

V

H

cos '(t)（1/s） (1) 式中：V/H为飞机的速高比； '(t)为t时刻相机扫描角。

在像面上产生的像移速度 为

180

f (2)

利用面阵CCD具有的TDI功能, 能够补偿由于飞机飞行引起的像移速度。设面阵CCD的像元尺寸为b, 其行转移频率为F, 则TDI像移补偿速度等于:

b b F (3)

完全像移速度补偿条件为:

vb v 0 (4)

2.3 M22 TDICCD面阵相机

M22大面阵CCD相机是具有2200万像素、8bit输出、全帧输出速率可达3.4帧/秒的高分辨率大面阵CCD相机； 该相机采用FullFrame逐行扫描CCD芯片, 同时提供高分辨率和灰度级别的全帧转移CCD相机。M22相机具有以下特性:电荷自动清零； 带TDI像移补偿功能, 转移方向可选； 8bit数字化输出； 曝光可程序控制； 高灵敏度和低暗电流； 四通道同时输出； Base CameraLink接口。M22相机具体性能指标如表1所示。

表1 M22相机性能指标 Table 1 Performance of M22 camera

前面介绍了航空相机在空中实际拍照时, 由于飞机前向飞行会带来前向像移, 同时也介绍了航空相机前向像移补偿原理。那么, 在航空相机实际设计过程中, 前向像移补偿精度达到多少能够满足地面摄影分辨率的设计要求。这里以一个实际航空相机为例进行说明, 该相机采用的探测器为上面介绍的M22探测器, 像元尺寸b为0.009mm, 相机的焦距f