小型面阵航空相机系统的像移补偿

　　0　引言

　　目前数字式航空相机正成为当今航空侦察相机的发展方向。数字式航空相机相对于胶片式航空相机具有以下的优点:采用可实时或近实时传输信息的光电探测器件作传感器,避免了回收风险;采用数字处理技术,图像增强和压缩都比较容易;结构紧凑;普通胶片光谱带宽为500~700 nm,而数字探测器件带宽可达500~900 nm或更高,在大气条件差的情况下也能获得较高的信噪比图像[1]。随着我国军事技术的发展和对军事任务的新要求,适合无人机使用的小型面阵数字航空相机将成为无人机载航空侦察的一个发展方向,但这一技术还不十分成熟,限制无人机优势的发挥[2]。文中设计了一种适应于无人机载航空侦察的小型面阵航空相机系统,主要特点是采用了大面阵的CMOS图像传感器,可以获得清晰的数字图像;利用反射镜扫描的方式补偿机载飞行中带来的像移影响。

　　1　CMOS图像传感器

　　目前,应用最广泛的图像传感器有电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。文中设计的小型面阵航空相机系统选用的是CMOS图像传感器。现在CMOS图像传感器的一些参数性能指标已达到或超过CCD的标准,并且CMOS图像传感器比CCD图像传感器具有更好的性能价格比。图1为36mm×24mm全尺寸CMOS传感器。CMOS图像传感器有如下优点[3]:

　　1)体积小、重量轻、耗电少、启动快、寿命长和可靠性高;

　　2)系统集成;

　　3)成像速度快;4)高分辨率,面阵传感器已达21 000 000像元;5)灵敏度高,动态范围宽;6)成本低。此次设计中所采用的CMOS图像传感器性能指标如表1所示。

　　2　相机系统工作原理及工作方式

　　2.1　小型面阵航空相机系统的工作原理

　　小型面阵航空相机系统是步进画幅式航空相机,可以固定角度拍照,也可以步进摆扫拍照,地面景物通过扫描反射镜[4]、光学镜头成像在图像传感器上。相机的横滚(摆扫)轴与无人机飞行方向平行,横滚电机带动光学系统绕转轴转动的过程称为摆扫,摆扫的方向与无人机飞行方向垂直,安装在相机系统内反射镜、镜头、CMOS图像传感器随横滚电机的转动而转动,从而对不同角度的地面景物进行拍照。在某个角度进行拍照时,通过设定适当的拍照周期,即可实现相邻两次成像所需的重叠率[5](在无人机飞行方向上)。拍摄的照片通过IEEE 1394接口存储在图像存储系统中,以供事后回放和判读。其工作原理如图2所示。

　　2.2　小型面阵航空相机系统的工作方式

　　小型面阵航空相机系统具有固定角度(包括垂直向下、左倾斜或右倾斜)照相、在一定角度范围内步进摆扫照相等工作方式。