彩色大面阵数字航空遥感相机技术的研究
时间：2020-12-15 07:51:52 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要：随着科技的不断发展，我国航空遥感技术越来越先进，应用的领域也越来越广泛，在航空拍摄的过程中，画面越来越清晰，对地质检测行业的发展起到了促进作用。在应用先进的数字化技术后，航空遥感相机技术逐渐向着彩色大面阵数字化方向发展，这项技术具有较高的动态分辨率，而且提高了探测器的性能，可以获取图像更加清晰的彩色画面，在国土资源普查中收到了良好的应用效果。
关键词：彩色大面阵；数字；航空遥感；技术
进入21世纪后，我国科技技术发展越来越快，而且数字航空遥感相机拍摄的质量越来越高，应用彩色大面阵数字航空遥感相机技术，可以进行动态拍摄，相机动态分辨率比较高，而且可控制曝光的时间，将这项技术应用在我国国土资源监测系统中，可以提高拍摄画面的质量，对国土资源的分析与利用提供准确的参考数据。本文对彩色大面阵数字航空遥感相机技术进行了研究，希望可以拓宽这项技术的应用范围，保证技术操作的简便性。
1 彩色大面阵CCD的工作原理
相机主要由光学镜头、叶片式中心快门、面阵CCD、前向像移补偿系统、存储控制系统等组成。相机垂直安装在Y-S，Y-12等遥感飞机上，面阵CCD平行于地面放置，来自地面景物的光线经大气、光学镜头及中心快门会聚在面阵CCD上；相机工作时像移补偿系统推动面阵CCD沿飞行方向微量移动，达到补偿前向像移的口的；同时中心快门根据光照条件选择合适的曝光时间，并且保证拍照周期能够实现相邻两次成像区域所需的重叠率。原理如图1所示。
2 彩色大面阵数字航空遥感相机技术
2.1 大视场高分辨率摄影光学系统
相机采用4k×7k的全帧彩色大面阵CCD，根据彩色CCD光谱曲线的特点，相机光学系统的光谱范围设计为450-650nm。
根据面阵CCD的幅面、光谱曲线及相机横向视场75°的要求，采用Russar型光学系统，因其结构完全对称，消除了慧差、畸变的影响，并且进一步复杂化光学系统的结构形式，优化出了满足系统要求的光学系统，各种像差也得到了很好的校正。光学系统设计图如图2所示，通过计算光学系统的视场角可达到83°，全视场畸变不大于0.04%。
2.2 前向像移补偿技术
航空遥感相机技术是一种空中摄影技术，需要利用飞行设备，而飞行设备向前运动时，在曝光的瞬间会产生影像位移，这影响了图像的清晰度以及分辨率，为了保证成像的质量，必須对传统的遥感相机技术进行改进，采用彩色大面阵数字航空遥感相机技术，可以解决前向像移补偿问题。数字摄影相机有一定特点，考虑到曝光补偿问题，必须设计出精密度比较高的位移传动系统，该系统需要驱动彩色大面阵CCD，这样可以保证面阵CCD运动与像移速度保持一致，可以避免出现前向像移现象。
像移补偿系统是保证彩色大面阵数字航空遥感相机拍摄质量的前提，其工作的原理是：精密传动机构、离合器与凸轮连接后，可以保证CCD探测器的性能。离合器在运行的过程中，凸轮可以接收到电机传输的运动能量，并且产生一定的推动力，是CCD探测器可以正常移动，并且进行对前向像移的补偿。凸轮的运动具有一定规律，当其旋转一周后，CCD探测器又会回到初始的位置，离合器不再与凸轮连接，凸轮机也不会推动探测器向前移动。另外，在像移补偿系统中，编码器也发挥中重要的作用，其可以精确测量出探测器的位置，还可以测试出其运动速度。
2.3 中心式快门技术
快门是彩色大面阵数字航空遥感相机发挥作用的重要机构，在给定的时间内，利用CCD探测器感光层，可以感受到落到被拍摄物体上的光线。数字遥感设备有着不同的结构，所以，快门形式也有不同的类型，常见的主要是中心式、百叶窗式以及帘幕式。其中中心式快门形式应用比较广，在数字相机系统中有着良好的应用效果，下面笔者对中心式快门技术进行简单的介绍。中心式快门一般会放在光学镜头光束最细的位置，这样可以提高快门效率。在为了保证拍摄图像的清晰度，必须结合光照度以及图像重叠率优化快门技术。技术人员在优化的过程中，研究出了快速共轴双叶片中心式快门技术，而且有效的控制了曝光的时间，可以保证探测器曝光的均匀程度。
数字相机快门系统是由多个部件构成的，其中比较重要的有叶片、电机、离心器等，数字相机快门的工作原理是：在数字相机快门系统中有两个叶片，每个叶片都有一个传动系统，而且属于转轴同心，两个叶片有着不同的转速，其中快叶片转速是慢叶片转速的4倍，两个叶片中都有扇形孔。
相机摄影一次，慢叶片和快叶片同时转动，慢叶片通过光学系统的光栏孔径时，其上的扇形孔将光栏孔径打开，此时，快叶片也快速通过光栏孔径，控制光栏孔径开关的时间，使相机曝光成像一次，通过改变快门电机的转速实现曝光时间的连续可调。叶片的启动和停止依靠离合器控制，快门的有效曝光时间范围为1/100-1/1000s。
快门效率是快门参数中一项重要的指标，快门必须具有较高的效率才能保证相机的图像质量，对彩色数字相机来说尤为如此。快门的工作分为三个阶段：光栏孔径被逐渐打开阶段；光栏孔径被完全打开阶段；光栏孔径被逐渐打开阶段；光栏孔径被逐渐关闭阶段。
快门效率计算公式如下：
η为快门效率；t效为有效曝光时间；t总为实际曝光时间。经计算，数字摄影相机快门效率为72%。
结束语
彩色大面阵数字航空遥感相机技术是一项新型的技术，将其应用的地质监测中，可以提高相机拍摄的质量以及清晰度。彩色大面阵数字技术有着良好的发展前景，应用这项技术可以改善传统遥感技术的缺陷以及漏洞，还可以解决传统遥感相机曝光补偿前向像移的问题，可以拍摄到清晰的彩色画面，对地质研究提供着重要的参考信息。随着科技的不断发展，我国数字摄影技术还在不断的改进与完善，可以实现空中动态测量，而且利用定位系统，可以对设备进行远程控制，从而保证拍摄范围的精确性。
参考文献
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