本發(fā)明涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大視場高分辨率多億像素遙感相機及成像方法。

背景技術(shù)：

在遙感成像中，視場大小(或視場角)和地面空間分辨率這兩個重要指標(biāo)一直是相互制約的。2010年，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)團隊設(shè)計開發(fā)了GigaPan全景拍攝系統(tǒng)，經(jīng)過小視場相機掃描成像和后續(xù)拼接，獲取到十億像素圖像，由于其通過掃描成像，無法滿足實時監(jiān)控的需求；2012年，美國杜克大學(xué)研制出多尺度十億像素相機AWARE-2，它能夠完成大視場和多億像素的實時成像，但受限于系統(tǒng)復(fù)雜度高穩(wěn)定性差不能用于機載遙感成像。目前，國外的航拍系統(tǒng)大多能夠達到高分辨率成像(GRD～0.5m)，但鮮有能兼顧大視場的成像系統(tǒng)，而國內(nèi)尚無成熟可用的大視場、高分辨率遙感成像系統(tǒng)。

在關(guān)鍵元器件上，國內(nèi)外尚不存在單片光敏探測器能夠達到30Hz@1億像素的能力，因此必須采用多片光敏探測器拼接的方法來實現(xiàn)億像素實時成像。

因此，希望有一種技術(shù)方案來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷中的至少一個。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種大視場高分辨率多億像素遙感相機及成像方法來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷中的至少一個。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種大視場高分辨率多億像素遙感相機，所述大視場高分辨率多億像素遙感相機包括：測距儀；四個成像光路組件，每一個所述成像光路組件包括：鏡頭；和成像模組，其以陣列的形式通過載板置于所述鏡頭的探測面上；每一個所述成像模組對所述成像光路組件的物面中的一個子區(qū)域?qū)?yīng)成像為一個子圖像；上位機，其連接所述成像模組和測距儀，且包括：離線裝調(diào)和標(biāo)定裝置，其用于接收各所述子圖像，并根據(jù)所述子圖像離線標(biāo)定各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差以及離線校正各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差；在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置，其用于接收各所述子圖像和成像工作距離信息，并在當(dāng)前的所述成像工作距離下根據(jù)所述子圖像在線標(biāo)定各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差以及在線校正各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差；和圖像后處理裝置，其用于在各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差達標(biāo)后接收各所述子圖像，并后處理各所述子圖像，以及將后處理好的各相鄰的所述子圖像重疊，以拼接成視場全覆蓋的像方圖像。

進一步地，所述離線裝調(diào)和標(biāo)定裝置包括：離線標(biāo)定單元，其用于接收各所述子圖像，并根據(jù)所述子圖像離線標(biāo)定各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并輸出；第一校正單元，其用于接收所述離線標(biāo)定單元標(biāo)定的各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并基于所述位置對準(zhǔn)誤差對各所述載板進行離線位置調(diào)整；以及第一判斷單元，其用于接收所述離線標(biāo)定單元標(biāo)定的各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并判斷調(diào)整后的各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差是否達標(biāo)，在判定為未達標(biāo)的情形下向所述第一校正單元發(fā)出調(diào)整指令。

進一步地，所述在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置包括：在線標(biāo)定單元，其用于接收各所述子圖像和成像工作距離信息，并在當(dāng)前的所述成像工作距離下根據(jù)所述子圖像在線標(biāo)定各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并輸出；第二校正單元，其用于接收所述在線標(biāo)定單元標(biāo)定的各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并基于所述位置對準(zhǔn)誤差中的平移誤差對各所述載板進行在線平移誤差自動調(diào)整；以及第二判斷單元，其用于接收所述在線標(biāo)定單元標(biāo)定的各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并判斷調(diào)整后的各所述載板之間的平移誤差是否達標(biāo)，在判定為未達標(biāo)的情形下向所述第二校正單元發(fā)出調(diào)整指令。

進一步地，所述離線標(biāo)定單元還用于標(biāo)定各所述成像模組的漸暈分布；所述圖像后處理裝置包括：漸暈校正單元，其用于接收所述離線標(biāo)定單元標(biāo)定好的漸暈分布以及在所述第二判斷單元判定為達標(biāo)的情形下接收所述子圖像，并依據(jù)標(biāo)定好的漸暈分布對各所述子圖像進行漸暈校正；幾何校正單元，其用于接收所述離線標(biāo)定單元和在線標(biāo)定單元標(biāo)定的位置對準(zhǔn)誤差中的縮放誤差和旋轉(zhuǎn)誤差以及經(jīng)由所述漸暈校正單元漸暈校正后的各所述子圖像，并依據(jù)該標(biāo)定的縮放誤差和旋轉(zhuǎn)誤差對漸暈校正后的各所述子圖像進行縮放校正；配準(zhǔn)單元，其用于接收所述幾何校正單元縮放和旋轉(zhuǎn)校正后的各所述子圖像，并依據(jù)各所述子圖像之間的邊緣重疊關(guān)系，利用圖像配準(zhǔn)算法獲得各所述子圖像之間具有亞像素級匹配精度的第二平移位置對準(zhǔn)誤差；以及拼接單元，其用于接收所述配準(zhǔn)單元獲得的第二平移位置對準(zhǔn)誤差以及所述幾何校正單元縮放和旋轉(zhuǎn)校正后的各所述子圖像，并將各所述子圖像之間的平移位置對準(zhǔn)誤差按照四舍五入近似為整數(shù)像素單位從而據(jù)此實施對各所述子圖像的區(qū)域裁切以及重疊區(qū)域的圖像融合，以形成所述視場全覆蓋的像方圖像。

進一步地，所述大視場高分辨率多億像素遙感相機還包括：FPGA數(shù)字處理裝置，每一所述FPGA數(shù)字處理裝置設(shè)置在一所述載板以及連接對應(yīng)所述載板上的各所述成像模組，對各所述子圖像進行并行采集并輸出；所述上位機還包括：時鐘源，其連接各所述載板上的所述FPGA數(shù)字處理裝置，以通過各所述FPGA數(shù)字處理裝置邏輯觸發(fā)各所述成像模組在同一時刻曝光以及控制各所述FPGA數(shù)字處理裝置將采集的各所述子圖像在同一時刻轉(zhuǎn)發(fā)給所述離線裝調(diào)和標(biāo)定裝置、在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置和圖像后處理裝置。

本發(fā)明還提供一種大視場高分辨率多億像素遙感成像方法，所述大視場高分辨率多億像素遙感成像方法包括：步驟1)，設(shè)置相機：設(shè)置四個成像光路組件，每一個所述成像光路組件包括鏡頭和成像模組，所述成像模組以陣列的形式通過載板置于所述鏡頭的探測面上；每一個所述成像模組對所述成像光路組件的物面中的一個子區(qū)域?qū)?yīng)成像一個子圖像；將所述成像模組和測距儀連接上位機；步驟2)，離線裝調(diào)和標(biāo)定：接收各所述子圖像，并根據(jù)所述子圖像離線標(biāo)定各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差以及離線校正各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差；步驟3)，在線裝調(diào)和標(biāo)定：接收各所述子圖像和成像工作距離信息，并在當(dāng)前的所述成像工作距離下根據(jù)所述子圖像在線標(biāo)定各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差以及在線校正各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差；以及步驟4)，圖像后處理：在各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差達標(biāo)后接收各所述子圖像，并后處理各所述子圖像，以及將后處理好的各相鄰的所述子圖像重疊，以拼接成視場全覆蓋的像方圖像。

進一步地，所述步驟2)具體包括：步驟21)，接收各所述子圖像，并根據(jù)所述子圖像離線標(biāo)定各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并輸出；步驟22)，接收所述步驟21)標(biāo)定的各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并基于所述位置對準(zhǔn)誤差中的平移誤差對各所述載板進行離線位置調(diào)整；以及步驟23)，接收所述步驟21)標(biāo)定的各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并判斷調(diào)整后的各所述載板之間的平移誤差是否達標(biāo)，在判定為未達標(biāo)的情形下返回所述步驟21)。

進一步地，所述步驟3)具體包括：步驟31)，接收各所述子圖像和成像工作距離信息，并在當(dāng)前的所述成像工作距離下根據(jù)所述子圖像在線標(biāo)定各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并輸出；步驟32)，接收所述步驟31)標(biāo)定的各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并基于所述位置對準(zhǔn)誤差中的平移誤差對各所述載板進行在線平移誤差自動調(diào)整；以及步驟33)，接收所述步驟31)標(biāo)定的各所述載板之間的位置對準(zhǔn)誤差，并判斷調(diào)整后的各所述載板之間的平移誤差是否達標(biāo)，在判定為未達標(biāo)的情形下返回所述步驟31)。

進一步地，所述步驟2)具體還包括：步驟24)，標(biāo)定各所述成像模組的漸暈分布；所述步驟4)具體還包括：步驟41)，接收所述步驟24)標(biāo)定好的漸暈分布以及在所述步驟33)判定為達標(biāo)的情形下接收所述子圖像，并依據(jù)標(biāo)定好的漸暈分布對各所述子圖像進行漸暈校正；步驟42)，接收所述步驟21)和步驟31)標(biāo)定的位置對準(zhǔn)誤差中的縮放誤差和旋轉(zhuǎn)誤差以及經(jīng)由所述步驟41)漸暈校正后的各所述子圖像，并依據(jù)該標(biāo)定的縮放誤差和旋轉(zhuǎn)誤差對漸暈校正后的各所述子圖像進行縮放校正；步驟43)，接收所述步驟42)縮放和旋轉(zhuǎn)校正后的各所述子圖像，并依據(jù)各所述子圖像之間的邊緣重疊關(guān)系，利用圖像配準(zhǔn)算法獲得各所述子圖像之間具有亞像素級匹配精度的第二平移位置對準(zhǔn)誤差；以及步驟44)，接收所述步驟43)獲得的第二平移位置對準(zhǔn)誤差以及所述步驟42)縮放和旋轉(zhuǎn)校正后的各所述子圖像，并將各所述子圖像之間的平移位置對準(zhǔn)誤差按照四舍五入近似為整數(shù)像素單位從而據(jù)此實施對各所述子圖像的區(qū)域裁切以及重疊區(qū)域的圖像融合，以形成所述視場全覆蓋的像方圖像。

本發(fā)明既能夠用于開展低空(10km以下)遙感成像及實時監(jiān)視，也能夠?qū)崿F(xiàn)對大視場(廣域)地面場景進行高分辨率實時成像。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的大視場高分辨率多億像素遙感相機的原理性結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中的一個成像光路組件的信號連接關(guān)系示意圖。

圖3a是本發(fā)明中四個成像光路組件的排布示意圖，圖中示意出了鏡頭和成像模組排成的陣列。

圖3b是本發(fā)明中來自四個成像光路組件獲取的所有子圖像區(qū)域的拼接示意圖。

圖4是本發(fā)明中兩個成像光路組件的成像原理示意圖。

圖5是本發(fā)明中由于成像工作距離的改變而造成各載板之間平移位置變化的示意圖，用以說明平移誤差是依賴于成像工作距離變化的。

圖6是圖1中的離線裝調(diào)和標(biāo)定裝置的原理性結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是圖1中的在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置的原理性結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是圖1中的圖像后處理裝置的原理性結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的大視場高分辨率多億像素遙感成像方法的流程示意圖。

圖10是圖9中的圖像采集和圖像后處理的流程示意圖。

具體實施方式

在附圖中，使用相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細(xì)說明。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

如圖1、圖2、圖3a和圖3b所示，本實施例所提供的大視場高分辨率多億像素遙感相機包括測距儀1、四個成像光路組件2和上位機3，其中：

測距儀1可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的激光測距儀實現(xiàn)，用于測量成像工作距離，通?？梢暈榈孛鎴鼍暗界R頭前端面的距離。

每一個成像光路組件2包括一個鏡頭21和多個成像模組22。四個成像光路組件2的排布如圖3a和圖3b所示，四個成像光路組件2的參數(shù)性能相同，四個成像光路組件2呈2×2排布，四條光軸同向，并且相互基本平行。需要說明的是，此處的“基本”可以理解為并不要求嚴(yán)格平行，其原因在于在實際裝調(diào)過程中會存在誤差。

圖3a示出的實線圓圈代表每個鏡頭，圖中示意出了四個鏡頭21，分別鏡頭I、鏡頭II、鏡頭III和鏡頭IV。圖3a示出的虛線圓圈代表每個鏡頭21的探測面，在每個成像光路組件2的探測面設(shè)有載板23，每一載板233上以陣列的形式排布多個成像模組22，比如手機成像模組，手機成像模組具有成本低，使用方便的優(yōu)勢。當(dāng)然，也不排除使用工業(yè)級成像器件等高精度光敏探測器。測距儀1安裝在安裝鏡頭21的基座面板上。

每一個成像模組22對成像光路組件22的物面中的一個子區(qū)域?qū)?yīng)成像一個子圖像。如圖4所示，以兩個鏡頭21為例對此進行說明：

待成像的物面被分割成1至2n(n為自然數(shù))個子區(qū)域，第一個鏡頭21的像面分別為像面1、像面3……像面2n-1，第二個鏡頭21的像面分別為像面2、像面3……像面2n，其中：像面1對應(yīng)是物面1的子圖像，像面2對應(yīng)是物面2的子圖像，依此類推，像面2n-1是物面2n-1的子圖像，像面2n是物面2n的子圖像。

如圖3b所示，上述成像模組22組成的陣列排布的行向、列向間隔需最終使得探測面實現(xiàn)大視場無縫拼接，即各相鄰子圖像的邊緣重疊，由此實施圖像配準(zhǔn)拼接。

如圖1和圖2所示，上位機3連接成像光路組件2和測距儀1，用于接收成像光路組件2中各成像模組22探測到的子圖像以及測距儀1測得的成像工作距離。成像光路組件2中各成像模組22將探測到的子圖像通過模組連接線輸送給模組連接子板，再通過FPGA數(shù)字處理裝置輸送給上位機3。

如圖1所示，上位機3具體包括：

離線裝調(diào)和標(biāo)定裝置31，離線裝調(diào)和標(biāo)定裝置31用于接收各所述子圖像，并根據(jù)所述子圖像離線標(biāo)定各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差以及離線校正各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差。

在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置32，在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置32用于接收各所述子圖像和成像工作距離信息，并在當(dāng)前的所述成像工作距離下根據(jù)所述子圖像在線標(biāo)定各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差以及在線校正各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差。

需要說明的是，由以上光學(xué)器件的布置來看，載板23的法線與其對應(yīng)的鏡頭21的光軸平行，載板23所在的平面為垂直于光軸的垂軸面。以光軸為Z軸，在載板23所在的平面內(nèi)設(shè)置X軸和Y軸，建立三維坐標(biāo)系。

各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差包括平移誤差、縮放誤差、旋轉(zhuǎn)誤差和傾斜誤差。其中：平移誤差由各成像光路組件2的光軸不重合引入的依賴于成像工作距離的各載板23之間的像面平移誤差，即如圖5中示出地，在正常工況下，當(dāng)工作距離發(fā)生變化時，由于四個成像光路組件2的光軸并不重合，實線的物面從外向內(nèi)沿光軸Z平移至虛線的物面，像面則由實線向外側(cè)在垂軸面內(nèi)產(chǎn)生平移。校正平移誤差的方法是沿X軸和/或Y軸直線移動各載板23，使平移誤差控制在預(yù)設(shè)范圍。

縮放誤差由各載板23與其對應(yīng)的鏡頭21后端面之間的間距不一致所引起，校正縮放誤差的方法是沿Z軸移動各載板23，使縮放誤差控制在預(yù)設(shè)范圍。

旋轉(zhuǎn)誤差由載板23在垂軸面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)引起，校正旋轉(zhuǎn)誤差的方法是圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)載板23，使旋轉(zhuǎn)誤差控制在預(yù)設(shè)范圍。

傾斜誤差由載板23繞X軸和/或Y軸的旋轉(zhuǎn)引起，校正傾斜誤差的方法是圍繞X軸和/或Y軸旋轉(zhuǎn)載板23。

圖像后處理裝置33用于在各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差達標(biāo)后接收各所述子圖像，并后處理各所述子圖像，以及將后處理好的各相鄰的所述子圖像重疊，以拼接成視場全覆蓋的像方圖像。

本實施例使用外光路拼接的方法，具體通過復(fù)制四套獨立且參數(shù)性能相同的成像光路組件2，并在四個成像光路組件2的探測面放置相互交錯的由成像模組22組成的光敏探測器陣列，從而實現(xiàn)對大視場的全覆蓋成像，這樣可以使得成像視場不受限，信噪比高。

在一個實施例中，如圖6所示，離線裝調(diào)和標(biāo)定裝置31包括離線標(biāo)定單元311、第一校正單元312和第一判斷單元313，其中：

離線標(biāo)定單元311連接各成像模組22，用于接收各所述子圖像，并根據(jù)所述子圖像離線標(biāo)定各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并輸出各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差。該標(biāo)定方法可以采用現(xiàn)有的標(biāo)定方法實現(xiàn)。

第一校正單元312連接離線標(biāo)定單元311，用于接收離線標(biāo)定單元311標(biāo)定的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并基于該各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差對各載板23進行離線位置調(diào)整。比如設(shè)置在載板23上的手動調(diào)整裝置，其設(shè)于載板23的下方，并基于標(biāo)定的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差使用四個獨立的千分尺位置調(diào)整裝置分別驅(qū)動各載板23做旋轉(zhuǎn)、沿軸向平移以及垂軸面內(nèi)二軸傾斜運動，便可以完成相應(yīng)的位置調(diào)整。

第一判斷單元313的輸入端連接離線標(biāo)定單元311，第一判斷單元313的輸出端連接第一校正單元312，用于接收離線標(biāo)定單元311標(biāo)定的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并判斷調(diào)整后的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差是否達標(biāo)，在判定為未達標(biāo)的情形下向第一校正單元312發(fā)出調(diào)整指令。此處的“達標(biāo)”可視為各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差的殘余量小至無法進一步實施校正調(diào)整。

本實施例相當(dāng)于相機的初始化，根據(jù)標(biāo)定好的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，通過第一校正單元312進行離線位置調(diào)整，上述各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差的估計和校正以迭代方式進行，直至殘余量小至無法實施校正，并將各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差的殘余量進行保存，以供圖像后處理裝置33進行殘余量校正。

在一個實施例中，如圖7所示，由于各成像光路組件2的光軸不重合引入的依賴于成像工作距離的各載板23之間的像面平移誤差。其中，由于工作距離不同造成變化的位置對準(zhǔn)誤差需要根據(jù)實際工作距離進行實時校正。在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置32包括在線標(biāo)定單元321、第二校正單元322和第二判斷單元323，其中：

在線標(biāo)定單元321連接成像光路組件2和測距儀1，用于接收各所述子圖像和成像工作距離信息，并在當(dāng)前的所述成像工作距離下根據(jù)所述子圖像在線標(biāo)定各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并輸出。該標(biāo)定方法可以采用現(xiàn)有的標(biāo)定方法實現(xiàn)。

第二校正單元322連接在線標(biāo)定單元321，用于接收在線標(biāo)定單元321標(biāo)定的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并基于所述位置對準(zhǔn)誤差中的平移誤差對各載板23進行在線平移誤差自動調(diào)整。

優(yōu)選地，第二校正單元322包括二軸電動平移臺，二軸電動平移臺與載板23驅(qū)動連接，并基于所述位置對準(zhǔn)誤差中的平移誤差實現(xiàn)對載板23在垂軸面內(nèi)的二軸平移運動，以在線平移誤差自動調(diào)整。

第二判斷單元323的輸入端連接在線標(biāo)定單元321，第二判斷單元323的輸出端連接第二校正單元322，用于接收在線標(biāo)定單元321標(biāo)定的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并判斷調(diào)整后的各載板23之間的平移誤差是否達標(biāo)，在判定為未達標(biāo)的情形下向第二校正單元322發(fā)出調(diào)整指令。比如：第二判斷單元323連接二軸電動平移臺的電控端，以控制各載板23在垂軸面內(nèi)的二軸平移運動，以在線平移誤差自動調(diào)整。

本實施例相當(dāng)于相機初進入工作狀態(tài)(實時成像前)，在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置32的工作時，使用測距儀1獲知準(zhǔn)確的遙感成像工作距離，由此在線標(biāo)定單元321便可以根據(jù)工作距離計算出4個載板23各自的平移誤差的理想變化量，并驅(qū)動第二校正單元322對4個載板23分別進行自動平移補償。當(dāng)檢測到工作距離發(fā)生變化時，在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置32將會自動重復(fù)上述標(biāo)定和校正流程。

也就是說，上述僅進行各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差中平移誤差的在線校正。那么，由在線標(biāo)定單元321標(biāo)定的縮放誤差、旋轉(zhuǎn)誤差和傾斜誤差將進行保存，以供圖像后處理裝置33進行殘余量校正。

如圖1、圖2、圖9和圖10所示，在一個實施例中，所述大視場高分辨率多億像素遙感相機還包括多個FPGA數(shù)字處理裝置4，F(xiàn)PGA數(shù)字處理裝置4采用的是FPGA板卡，每一FPGA數(shù)字處理裝置4設(shè)置在一載板23以及連接對應(yīng)載板23上的各成像模組22，對各所述子圖像進行并行采集并輸出。通過多個FPGA數(shù)字處理裝置4對各成像模組的數(shù)據(jù)進行并行采集，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸效率，達到實時傳送的目的。

上位機3還包括時鐘源34，時鐘源34連接各載板23上的所述FPGA數(shù)字處理裝置4，以通過各FPGA數(shù)字處理裝置4邏輯觸發(fā)各成像模組22在同一時刻曝光以及控制各FPGA數(shù)字處理裝置4將采集的各所述子圖像在同一時刻轉(zhuǎn)發(fā)給所述離線裝調(diào)和標(biāo)定裝置31、在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置32和圖像后處理裝置33。

當(dāng)各成像模組22曝光完成后，所有子圖像將會輸出到FPGA數(shù)字處理裝置4，由FPGA數(shù)字處理裝置4經(jīng)過PCIe總線轉(zhuǎn)送到上位機3。上位機3收到子圖像數(shù)據(jù)后，做圖像后處理。

在一個實施例中，由于成像模組22上感光芯片各像素上附加微透鏡的主光線角(CRA)影響以及光學(xué)鏡頭孔徑光闌對像面上軸外視場收光受限的影響導(dǎo)致各芯片存在漸暈分布，離線標(biāo)定單元311還用于標(biāo)定各成像模組22的漸暈分布。

各載板23之間也存在上述提及的位置對準(zhǔn)誤差，這些偏差或誤差會導(dǎo)致相鄰的子圖像之間的重疊區(qū)域變小，甚至出現(xiàn)未覆蓋區(qū)域。各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差通過離線裝調(diào)和標(biāo)定裝置31和在線裝調(diào)和標(biāo)定裝置32做了部分校正，那么，位置對準(zhǔn)誤差的殘余量由圖像后處理裝置33消除。此外，由于裝配工藝的限制，同一載板上的各個成像模組之間會存在微小的轉(zhuǎn)角偏差，這個偏差也需要由圖像后處理裝置33消除。

如圖8所示，為了解決上述問題，圖像后處理裝置33采用GPGPU(General Purpose Graphics Processing Unit，通用計算圖形處理器)，通過GPGPU的加速技術(shù)，能夠?qū)Ω鱾€成像模組傳回的大量視頻數(shù)據(jù)進行并行采集和處理，達到在軌處理的目的。

圖像后處理裝置33具體包括漸暈校正單元331、幾何校正單元332、配準(zhǔn)單元333和拼接單元334，其中：

漸暈校正單元331用于接收離線標(biāo)定單元311標(biāo)定好的漸暈分布以及在第二判斷單元323判定為達標(biāo)的情形下接收所述子圖像，并依據(jù)標(biāo)定好的漸暈分布對各所述子圖像進行漸暈校正。

幾何校正單元332用于接收離線標(biāo)定單元311和在線標(biāo)定單元321標(biāo)定的位置對準(zhǔn)誤差中的縮放誤差和旋轉(zhuǎn)誤差以及經(jīng)由漸暈校正單元331漸暈校正后的各所述子圖像，并依據(jù)該標(biāo)定的縮放誤差和旋轉(zhuǎn)誤差對漸暈校正后的各所述子圖像進行縮放校正。

配準(zhǔn)單元333用于接收幾何校正單元332縮放和旋轉(zhuǎn)校正后的各所述子圖像，并依據(jù)各所述子圖像之間的邊緣重疊關(guān)系，利用圖像配準(zhǔn)算法獲得各所述子圖像之間具有亞像素級匹配精度的第二平移位置對準(zhǔn)誤差。

拼接單元334用于接收配準(zhǔn)單元333獲得的第二平移位置對準(zhǔn)誤差以及幾何校正單元332縮放和旋轉(zhuǎn)校正后的各所述子圖像，并將各所述子圖像之間的平移位置對準(zhǔn)誤差按照四舍五入近似為整數(shù)像素單位從而據(jù)此實施對各所述子圖像的區(qū)域裁切以及重疊區(qū)域的圖像融合，以形成所述視場全覆蓋的像方圖像。

在一個實施例中，上位機3還可以用戶自定義處理，比如：多個特征目標(biāo)的識別與同步追蹤、多ROI區(qū)域多尺度的存儲與顯示、數(shù)據(jù)壓縮及對地傳輸?shù)鹊?。上位機3還包括顯示卡，以顯示對拼接出所述視場全覆蓋的像方圖像。上位機3還可以包括存儲器，以存儲拼接出所述視場全覆蓋的像方圖像。

如圖9所示，本發(fā)明還提供一種大視場高分辨率多億像素遙感成像方法，該方法包括：

步驟1)，設(shè)置相機：設(shè)置四個成像光路組件2，每一個成像光路組件2包括鏡頭21和成像模組22，成像模組22以陣列的形式通過載板23置于鏡頭21的探測面上。每一個成像模組22對成像光路組件22的物面中的一個子區(qū)域?qū)?yīng)成像一個子圖像。將成像模組22和測距儀1連接上位機3。

步驟2)，離線裝調(diào)和標(biāo)定：接收各所述子圖像，并根據(jù)所述子圖像離線標(biāo)定各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差以及離線校正各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差。

步驟3)，在線裝調(diào)和標(biāo)定：接收各所述子圖像和成像工作距離信息，并在當(dāng)前的所述成像工作距離下根據(jù)所述子圖像在線標(biāo)定各所述載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差以及在線校正各所述載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差；以及

步驟4)，圖像后處理：在各所述載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差達標(biāo)后接收各所述子圖像，并后處理各所述子圖像，以及將后處理好的各相鄰的所述子圖像重疊，以拼接成視場全覆蓋的像方圖像。

進一步地，所述步驟2)具體包括：

步驟21)，接收各所述子圖像和成像工作距離信息，并在當(dāng)前的所述成像工作距離下根據(jù)所述子圖像在線標(biāo)定各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并輸出。

步驟22)，接收所述步驟21)標(biāo)定的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并基于所述位置對準(zhǔn)誤差中的平移誤差對各載板23進行在線平移誤差自動調(diào)整。以及

步驟23)，接收所述步驟21)標(biāo)定的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并判斷調(diào)整后的各載板23之間的平移誤差是否達標(biāo)，在判定為未達標(biāo)的情形下返回所述步驟22)。

進一步地，所述步驟3)具體包括：

步驟31)，接收各所述子圖像和成像工作距離信息，并在當(dāng)前的所述成像工作距離下根據(jù)所述子圖像在線標(biāo)定各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并輸出。

步驟32)，接收所述步驟31)標(biāo)定的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并基于所述位置對準(zhǔn)誤差中的平移誤差對各載板23進行在線平移誤差自動調(diào)整。以及

步驟33)，接收所述步驟31)標(biāo)定的各載板23之間的位置對準(zhǔn)誤差，并判斷調(diào)整后的各載板23之間的平移誤差是否達標(biāo)，在判定為未達標(biāo)的情形下返回所述步驟32)。

進一步地，所述步驟2)具體還包括：

步驟24)，標(biāo)定各所述成像模組22的漸暈分布；

所述步驟4)具體還包括：

步驟41)，接收所述步驟24)標(biāo)定好的漸暈分布以及在所述步驟33)判定為達標(biāo)的情形下接收所述子圖像，并依據(jù)標(biāo)定好的漸暈分布對各所述子圖像進行漸暈校正。

步驟42)，接收所述步驟21)標(biāo)定的位置對準(zhǔn)誤差中的縮放誤差和旋轉(zhuǎn)誤差以及經(jīng)由所述步驟41)漸暈校正后的各所述子圖像，并依據(jù)該標(biāo)定的縮放誤差和旋轉(zhuǎn)誤差對漸暈校正后的各所述子圖像進行縮放校正。

步驟43)，接收所述步驟42)縮放和旋轉(zhuǎn)校正后的各所述子圖像，并依據(jù)各所述子圖像之間的邊緣重疊關(guān)系，利用圖像配準(zhǔn)算法獲得各所述子圖像之間具有亞像素級匹配精度的第二平移位置對準(zhǔn)誤差。以及

步驟44)，接收所述步驟43)獲得的第二平移位置對準(zhǔn)誤差以及所述步驟42)縮放和旋轉(zhuǎn)校正后的各所述子圖像，并將各所述子圖像之間的平移位置對準(zhǔn)誤差按照四舍五入近似為整數(shù)像素單位從而據(jù)此實施對各所述子圖像的區(qū)域裁切以及重疊區(qū)域的圖像融合，以形成所述視場全覆蓋的像方圖像。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。