專利名稱：反射鏡二次指向?qū)崿F(xiàn)面陣拼接探測器大區(qū)域覆蓋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電儀器技術(shù)，具體指一種基于兩側(cè)無非感光邊緣的CCD或CMOS探測器拼接結(jié)合小反射鏡像方二次指向?qū)崿F(xiàn)面陣拼接探測器大區(qū)域覆蓋成像的方法。
背景技術(shù)：
目前，在空間遙感領(lǐng)域，在靜止軌道實現(xiàn)高時間分辨率和高空間分辨率需要具有 超大規(guī)模面陣探測器，例如靜止軌道實現(xiàn)3000Km*3000Km區(qū)域的覆蓋，IOOm的星下點分辨 率，則采用面陣探測器凝視，探測器的規(guī)模需要30000像元*30000像元。以目前的探測器 制造能力，無論是可見探測器還是紅外探測器，均很難達到如此大規(guī)模像素的集成能力。因 此，基于小面陣探測器拼接的成像方法成為解決高空間分辨、寬覆蓋探測的空間遙感相機 的方法之一，而由于拼接的面陣探測器之間存在不感光的空隙，一種好的工作模式是至關(guān) 重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種反射鏡二次指向?qū)崿F(xiàn)面陣拼接探測器大區(qū)域覆蓋方法，解決現(xiàn)有 技術(shù)中存在的物方指向鏡過大、精度要求過高的問題，以及采用像方小步進指向鏡成像所 導(dǎo)致的像質(zhì)下降的問題。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖2所示，光學(xué)系統(tǒng)是一個大視場、長焦距、大像面長 工作距的光學(xué)系統(tǒng)，在光學(xué)系統(tǒng)的像方光路上放置一個180度旋轉(zhuǎn)指向鏡，通過所述的180 度旋轉(zhuǎn)指向鏡將光學(xué)系統(tǒng)所成的像反射投影在位于指向鏡左右兩個方位上的二個探測器 組上。指向鏡通過二次指向分時在探測器組上成像。所述的探測器組的結(jié)構(gòu)如圖1所示，每個探測器組由多個面陣探測器拼接而成， 探測器組采用多行拼接方式。探測器橫向像元數(shù)為m，列向像元數(shù)為n，像元尺寸為d umXd um，則其橫向長度al與列向高度a2為al=mXd(1)a2 = nXd(2)圖1中所示多個探測器拼接后的探測器組相鄰感光像元間距橫向(χ座標(biāo)方向) 為bl，列向(y座標(biāo)方向)間距為b2。探測器采用兩側(cè)無非感光邊緣的CCD或CMOS探測器， 間距尺寸滿足bl < 50um ；b2 < a2 ；bl由拼接工藝決定，b2的具體取值由指向精度和圖像幾何配準(zhǔn)所需的圖像搭接 大小決定，一般設(shè)置為20行(列)像元，即a2_b2 = 20Xd(3)整個系統(tǒng)共采用2個面陣探測器拼接組件。探測器組的放置方式鏡像到同一平面 后如圖3所示。
系統(tǒng)成像的工作方式如下1)首先TO時刻像方180度指向鏡指向探測器組1，探測器組1開始進行積分， ΤΟ+Tint時刻，指向鏡指向探測器組2，同時探測器組1上的各面陣探測器同時開始讀??；2)T0+Tint+Tmove時刻探測器組2開始積分，TO+2XTint+Tmove時刻，指向鏡開始 指向探測器 組1，同時探測器組2上的各面陣探測器同時開始讀取；T0+2XTint+2XTmOVe 時刻探測器組1開始積分，完成一次成像循環(huán)；3) 一個循環(huán)成像后，2個探測器組成像后的圖像通過幾何配準(zhǔn)后可得到全區(qū)域圖像。本發(fā)明的優(yōu)點在于系統(tǒng)不需要大口徑的指向鏡以及大面陣的探測器就可以實現(xiàn) 大區(qū)域覆蓋成像。


圖1面陣探測器組拼接結(jié)構(gòu)圖。圖2光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3探測器組空間位置示意圖。
具體實施方式
為常規(guī)的遙感相機通過物方指向鏡進行高精度一維或二維步進，實現(xiàn)單個小面陣 探測器或小面陣探測器陣列組件的大區(qū)域成像，對于高分辨率大幅寬相機，由于光學(xué)系統(tǒng) 主鏡口徑已經(jīng)很大，需要的指向鏡會非常大。本發(fā)明給出一種采用2個基于10240像元 *10240像元面陣探測器拼接陣列組件與1個像方一維指向鏡，通過2次指向，實現(xiàn)40000像 元*40000像元的大區(qū)域覆蓋。若將該相機放置在地球同步軌道，星下點分辨率為280m，可 以實現(xiàn)地球圓盤的全局覆蓋。1探測器的排列方式面陣探測器采用品字形拼接(如圖1所示)，圖1中每個方框代表一個探測器感光 面陣的尺寸，示例采用10240*10240元可見CXD探測器，像元尺寸為10um。因此，圖1中al =a2 = 102. 4mm,bl = 50um,b2 = 100mm。系統(tǒng)共采用如圖1所示的2個面陣探測器拼接 組件，圖3給出了 2個探測器組的鏡像后關(guān)系。2光學(xué)系統(tǒng)后光路設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)視場角為18°，焦距為1.26m，像面大小為0.4m，后工作距為900mm，所有 光學(xué)鏡片后放置一個180度旋轉(zhuǎn)指向鏡，通過二次指向分時在圖2所示的探測器組上成像。探測器的放置方式鏡像到同一平面后如圖3所示。3系統(tǒng)工作方式系統(tǒng)的工作方式為首先TO時刻像方180度指向鏡指向探測器組1，探測器組1開 始進行積分，TO+Tint時刻，指向鏡指向探測器組2，同時探測器組1上的各面陣探測器同時 開始讀??；TO+Tint+Tmove時刻探測器組2開始積分，T0+2*Tint+Tmove時刻，指向鏡開始指 向探測器組1，同時探測器組2上的各面陣探測器同時開始讀取；T0+2*Tint+2*TmOVe時刻 探測器組1開始積分，完成一次成像循環(huán)；一個循環(huán)成像后，2個探測器組成像后的圖像通過幾何配準(zhǔn)后可得到全區(qū)域圖像。
權(quán)利要求
一種反射鏡二次指向?qū)崿F(xiàn)面陣拼接探測器大區(qū)域覆蓋成像系統(tǒng)，它包括光學(xué)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)180度旋轉(zhuǎn)指向鏡和探測器組，其特征在于在一個大視場、長焦距、大像面長工作距的光學(xué)系統(tǒng)的像方光路上放置一個180度旋轉(zhuǎn)指向鏡，通過所述的180度旋轉(zhuǎn)指向鏡將光學(xué)系統(tǒng)所成的像反射投影在位于指向鏡左右二個方位上的二個拼接探測器組上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射鏡二次指向?qū)崿F(xiàn)面陣拼接探測器大區(qū)域覆蓋成像 系統(tǒng)，其特征在于所述的探測器組由多個兩側(cè)無非感光邊緣的CCD或CMOS面陣探測器采 用多行拼接方式拼接而成，探測器組的拼接尺寸為面陣探測器橫向長度al與列向高度a2 al = mXd(1)a2 = nXd(2)其中探測器橫向像元數(shù)為m，列向像元數(shù)為n，像元尺寸為dumXdum ；面陣探測器間橫向間距即X坐標(biāo)方向間距bl bl < 50um ；(3)面陣探測器間列向間距即γ坐標(biāo)方向間距b2 b2 = a2-20Xd。(4)
3.一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的成像方法，其特征在于包括以下步驟1)首先TO時刻像方180度指向鏡指向探測器組1，探測器組1開始進行積分，TO+Tint 時刻，指向鏡指向探測器組2，同時探測器組1上的各面陣探測器同時開始讀?。?)T0+Tint+Tmove時刻探測器組2開始積分，TO+2X Tint+Tmove時刻，指向鏡開始指向 探測器組1，同時探測器組2上的各面陣探測器同時開始讀??；T0+2XTint+2XTmOVe時刻 探測器組1開始積分，完成一次成像循環(huán)；3)一個循環(huán)成像后，2個探測器組成像后的圖像通過幾何配準(zhǔn)后可得到全區(qū)域圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種反射鏡二次指向?qū)崿F(xiàn)面陣拼接探測器大區(qū)域覆蓋方法，本發(fā)明在像方通過一個小指向鏡的二次指向，實現(xiàn)品字形排列的二組探測器的無縫大區(qū)域覆蓋。采用本發(fā)明所提供的方式，可以實現(xiàn)任意規(guī)模大區(qū)域的探測。
文檔編號G02B27/00GK101840005SQ20101016523
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者于清華, 劉輝, 孫勝利, 李曉平, 陳凡勝, 雍朝良 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所