摆扫式航空遥感器像旋补偿方法

航空摆扫相机转弯成像像移分析及补偿杨永明;李昕阳;匡海鹏;郑丽娜;王德江【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2016(024)003【摘要】为保证航空摆扫相机转弯成像过程中的成像质量,对其像移计算及补偿方法进行了研究.根据航空摆扫相机的成像原理,利用几何建模及速度矢量分解建立了转弯成像像移计算模型,给出了基于均值补偿的转弯前向像移补偿方法.转弯前向像移补偿分析表明:相机焦距为500 mm,曝光时间为0.01 s,速高比为0.02 rad/s,纵向视场角为10°,转弯角速度为0.5(°)/s时,最大前向像移补偿残差量为2.22 μm;转弯角速度为1.5(°)/s时,最大前向像移补偿残差量为3.36 μm.另外,转弯横向像移补偿分析表明:横向像移量随纵向视场角幅值的增加而增大,曝光时间为0.005 s,横向视场角为30(°),转弯角速度为1(°)/s时,横向像移量在纵向视场角为4.5°时达到3μm.转弯成像试飞实验结果表明:得到的图像像质优良,无几何形变,前向像移补偿良好,验证了本文提出的转弯成像像移补偿方法的正确性.【总页数】8页(P635-642)【作者】杨永明;李昕阳;匡海鹏;郑丽娜;王德江【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】V245.6;TP247【相关文献】1.空间相机摆扫成像建模及摆镜角速度残差分析 [J], 苗壮;何斌;王俊琦;陈起行;杨小杰2.基于地球椭球的空间相机侧摆摄影像移补偿 [J], 武星星;刘金国3.基于摆扫反射镜的大视场成像像移模型 [J], 苗壮;何斌4.航空线阵摆扫式相机严格成像模型的构建与验证 [J], 莫德林;张永生;王涛;伍洋5.航空摆扫成像像移计算与误差分配 [J], 徐力智; 颜昌翔; 李颐; 顾志远因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第5卷　第1期2012年2月　 中国光学 Chinese Optics Vol.5　No.1　Feb.2012 收稿日期:2011⁃11⁃08;修订日期:2011⁃11⁃23 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.2006AA06A208)文章编号　1674⁃2915(2012)01⁃0030⁃05推扫式航空遥感器像面调焦机构设计陈　伟1,2∗,丁亚林1,惠守文1,聂　品1,于春风1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD 感光面的离焦量。

设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD 探测器的位置稳定性。

对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04mm,满足使用要求。

提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。

关　键　词:航空遥感器;像面调焦;凸轮;离焦;直线导轨中图分类号:V243.5 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20120501.0030Design of image plane focusing structure for push⁃scanaerial remote sensing instrumentCHEN Wei 1,2∗,DING Ya⁃lin 1,HUI Shou⁃wen 1,NIE Pin 1,YU Chun⁃feng 1(1.Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China ;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100039,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :chenw 2001@Abstract :To get higher accuracy ground sampled distances and to improve the imaging resolution for aerial re⁃mote sensing instruments,this paper analyzes the reasons that a remote sensing instrument is out of focus.Based on the characteristics and structures of the optical system for a push⁃scan aerial remote sensing instru⁃ment,it designs an image plane focusing structure to compensate the motion error of the focusing structure.In design,an eccentric cam with inner and outer curves is used to ensure the position stabilization of the CCDsensor when the remote sensing instrument is imaging.The motion error is tested to verify the validity of the simulation result.The test shows that the error is less than 0.04mm,which meets using demands.The focu⁃sing method of moving focal plane proposed is suitable for aerial remote sensing instruments whose focal length is shorter and size is smaller.Key words :aerial remote sensor;focal plane focusing;cam;out of focus;line guide rail1　引　言 航空遥感器是获取地面信息的重要手段,它以光学成像的方式给人以直观、清晰的图像信息,具有实时性好、机动性强等特点。

航相机像移补偿计算的坐标变换方法颜昌翔;王家骐【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2000(008)003【摘要】由于航空、航天照相要求的分辨力愈来愈高，对像移补偿系统的要求愈来愈高。

要求对产生像移速度的诸因素考虑得更为全面，也就是影响像移速度的诸因素的测量精度和像移速度的计算模型要更精确。

本文应用坐标变换方法进行了航相机的像移补偿计算。

首先归纳了航空航天相机(简称航相机)中像移补偿的原理、技术途径和实现方法。

其次给出航相机光学系统和运动形式的齐次坐标变换，实现了像移补偿计算模型的各个基本要素，从而提出了像移补偿计算的一般数学模型，此模型适用于各种航相机的像移速度和像移补偿计算。

再次，对应用坐标变换方法进行像移补偿计算作了详细归纳，最后简单讨论了对像移速度矢量公式的简化方法和像移补偿误差计算方法，以期得到满足计算精度的简化表达式。

通过计算模型四个环节的变化，可以将此方法应用到各类航相机像移补偿系统。

【总页数】5页(P203-207)【作者】颜昌翔;王家骐【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130021;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130021【正文语种】中文【中图分类】V445.8【相关文献】1.航相机的像移补偿方法及应用 [J], 刘明;吴宏圣;匡海鹏;修吉宏;刘钢;翟林培2.某型航侦CCD相机姿态扰动像移计算 [J], 张德新;马广富;曲国志3.航空相机的像移计算及其补偿分析 [J], 刘明;刘钢;李友一;匡海鹏;修吉宏;翟林培4.航空相机的像移计算及其补偿分析 [J], 刘明;刘钢;李友一;匡海鹏;修吉宏;翟林培5.一种斜视画幅遥感相机异速像移计算与补偿实现 [J], 詹磊;丁亚林;张洪文;刘虎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

航空相机的像旋转特性分析及其补偿方法近年来，航空摄影发展迅速，已成为一种全面有效的地理信息采集方式。

航空相机，作为航空摄影中核心装备，其图像质量直接影响航空摄影传感系统的质量和效果，尤其是航空相机的像旋转这一特性，成为影响航空摄影质量的关键性因素。

本文针对航空相机的像旋转特性，从理论、实验两个方面对像旋转特性进行深入研究，分析航空相机像旋转的影响因素并并给出有效的像旋转补偿方法。

一、航空相机像旋转的概念及原理像旋转是指航空摄影传感器在航空中拍摄图像时，相机的物镜组由于计算机外因的影响而旋转发生变化，使相机的视野角度发生偏移，最终导致图像的像旋转，影响航空摄影质量。

航空相机像旋转的形成原因是多方面的，主要有三个主要影响因素：1.由于航空拍摄时，摄影机与飞机结构之间的非性反，造成旋转轴上面的结构力受到不同大小的外力影响，造成摄影机在起飞前后对准性发生变化，导致图像像旋转。

2.胶片以及影像传感器的不断的变形，根据不同的拍摄过程，影像传感器也会发生一定的像旋转磨损。

3.原相机结构的振动，原始拍摄时的结构振动，会使相机旋转轴产生一定的抖动，也会造成像旋转。

二、航空相机像旋转补偿方法1.过航空相机在振动环境中的试验，采用双臂控制的方式，把航空相机控制在稳定的振动环境中，这样就可以有效的降低像旋转产生概率。

2.用陀螺技术作为航空相机的定向技术，陀螺仪可以根据航空相机的运动轨迹，为航空相机的定向提供准确的定位信息，有效的补偿航空相机的像旋转。

3.用数字影像处理技术作为航空相机像旋转补偿的技术，该技术可以比较快速的将拍摄的图像进行旋转补偿处理，使图像变得清晰、完整。

4.用图像矫正技术作为航空相机像旋转补偿的技术，该技术可以根据航空相机拍摄的图片，自动识别旋转轴发生变化，并找到最优的校正参数，进而完成旋转补偿。

三、结论以上研究表明，航空相机的像旋转是影响航空摄影传感器的最主要的原因之一，为了提高航空摄影的质量，必须完成航空相机的像旋转补偿工作。

航空相机的像旋转特性分析及其补偿方法随着数字技术的发展，航空相机已经成为航空摄影的主要设备。

航空相机的像旋转特性对航空视觉技术的有效运行和性能影响极大，因此越来越多的研究关注于对这一特性的分析和补偿研究。

本文首先描述了航空相机的主要性能参数，并针对航空相机的像旋转特性进行分析，对像旋转性能进行了较为详细的研究，并提出了几种像旋转补偿方法。

一、航空相机的主要性能参数航空相机是一种用于航空摄影的设备，它以自动聚焦和连续取景为特点，具有多种性能参数，如焦距、光圈、快门、可安装附件等。

1、焦距焦距是指当相机对焦时，相机与拍摄物体之间的距离，它决定了相机的拍摄窗口大小，是控制摄影物体大小、拍摄视角的重要参数。

2、光圈光圈是指相机的光圈后口的开口，光圈越大，进入相机的光线数量越多，图像的曝光量也会相应增加。

3、快门快门是指当相机拍摄时，光道口的遮蔽篮，它决定了相机拍摄时光线数量和时间，也是影响相机拍摄曝光量的重要参数。

4、附件附件有多种，如定焦镜头、变焦镜头、滤镜组等，可以有效改变相机的焦距、变焦范围、滤镜的透射效果等，相应改变相机的拍摄物体大小、曝光量等。

二、航空相机的像旋转特性分析像旋转是指图像对象旋转时，相机拍摄窗口中内容物的旋转状态，像旋转特性描述了图像旋转时图像成像质量的变化情况，在实际应用中也是性能评价指标之一。

具体来看，当航空相机图像旋转时，会有一些变形，比如边缘变得不规则，图像噪点增加等，这些现象造成的影响对航空视觉技术的有效运行和性能变得至关重要。

三、航空相机像旋转补偿方法为了解决航空相机图像旋转时变形问题，采取一定的补偿措施和技术措施是非常必要的，这样可以使图像旋转时的图像模糊、失真等影响最小，提高图像的显示质量、抗旋转性能。

1、定焦镜头补偿定焦镜头的抗旋转性能较好，使用定焦镜头可以有效提高小像素航空相机的抗旋转性能，减少图像旋转时的变形等。

2、旋转补偿算法采用浮点卷积运算和插值算法，可以获得较好的旋转补偿效果，使图像抗旋转性能和显示效果得到改善。

航空成像像移及补偿技术
李莉华;陈欣
【期刊名称】《工业设计》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】为了解决飞机的飞行、姿态变化以及相机与飞机的相对运动使航空相机在拍照时产生像移从而造成图像的模糊问题。

首先我们在四个减震器上安装线位移传感器，通过分析位移值解算出相机与飞机之间的几何关系，再根据飞行、姿态变化得到物体与相机的相对运动量，构建二维运动模糊点扩散函数，采用加最优窗的维纳滤波方法，消除了航空成像系统图像模糊。

实践结果证明，此方法能有效地消除航空成像系统图像的模糊。

【总页数】2页(P10-11)
【作者】李莉华;陈欣
【作者单位】重庆电子工程职业学院;重庆正大软件学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.航空摆扫相机转弯成像像移分析及补偿 [J], 杨永明;李昕阳;匡海鹏;郑丽娜;王德江
2.航空相机纵向像移补偿性能检测 [J], 李英杰;李开端
3.航空成像像移补偿的并行计算 [J], 李仕;张葆;孙辉
4.航空成像像移模糊恢复技术 [J], 贾平;张葆;孙辉
5.航空相机扫描像移片上补偿技术 [J], 匡海鹏;王德江;孙崇尚
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航空相机扫描像移片上补偿技术匡海鹏;王德江;孙崇尚【摘要】查打一体化是当前航空相机的一个主要发展方向,其中一项关键技术为扫描像移的动态、高精度补偿.基于面阵探测器的时间延迟积分(TDI)扫描像移补偿方式相比于光机式的像移补偿方式具有天然的优势,然而当前的面阵探测器TDI像移补偿精度是像素级的,进一步提高查打一体化相机分辨率遇到了瓶颈.针对于此本文首先介绍了查打一体化航空相机工作原理,然后针对帧转移CCD的特性建立了电荷行间转移的数学模型与电荷转移像移的调制传递函数模型,在此基础上提出了一种查打一体化航空相机扫描像移的片上补偿方法,采用该方法可将西相位面阵TDI CCD的像移补偿精度提高至1/2φ像元.最后搭建了实验平台并给出了二、三、四相位面阵TDI CCD电荷转移像移对遥感图像质量的影响,同时也证明了提出的方法能够显著提高图像质量.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(045)004【总页数】7页(P415-421)【关键词】查打一体化航空相机;扫描像移;调制传递函数;帧转移CCD;电荷转移像移【作者】匡海鹏;王德江;孙崇尚【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,中科院航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,中科院航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,中科院航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院大学,北京100049【正文语种】中文【中图分类】V443.51 引言随着CCD传感器技术的进步，新一代航空高分辨率航空侦察相机如DB110、F9120均采用大靶面探测器替代传统的胶片光敏介质［1－3］，这显著提高了相机整体的智能化水平与情报信息的处理效率。

航空相机的像旋转特性分析及其补偿方法航空相机是航空影像采集技术中重要的组成部分。

航空相机的图像质量主要取决于航空相机的像旋转特性。

像旋转的概念源于航空相机用于低空投影拍摄的特殊要求，即拍摄到的图像必须由垂直于地面的水平投影改变为近似正射投影，以满足全球地形矢量数据产品制作的要求。

由于航空相机在拍摄过程中受到角速度和角加速度的影响，它必须受到精密的校正以保证其拍摄的图像的正确性及其质量。

航空相机像旋转的校正主要通过四种方法实现：静止安装法、表面滑轮法、电子滤镜法和精确执行仪法。

静止安装法是最基础的，通过安装在平面上的支架来限制航空相机的像旋转。

表面滑轮法是通过放置在航空相机和支架之间的盘子来修正像旋转，从而实现航空相机的像旋转精度控制。

电子滤镜法是基于光学滤镜原理，使用红色、绿色和蓝色滤镜来改变航空相机拍摄到的图像，并实现航空相机像旋转校正。

精确执行仪法是基于传感器和电机组件，在安装过程中，通过航空相机本体上的传感器来检测航空相机的运动变化，并通过安装的电动机组件根据变化的参数来调节航空相机的像旋转，从而达到校准的目的。

国内外在航空相机的像旋转校准方面的研究表明，电子滤镜法能够提高航空相机拍摄到的图像的像旋转精度和图像分辨率，但效果不够明显，特别是在低空拍摄方面。

精确执行仪法可以更精确地控制航空相机的像旋转，但由于复杂性和成本的原因，它很少被应用。

此外，航空相机图像的像旋转常常无法精确校准，存在一定的像旋转误差，因此对于存在像旋转误差的图像，还需采用其他补偿方法，以消除像旋转误差，提高图像质量。

目前比较常见的像旋转补偿方法主要有两种：数字像旋转补偿法和滤镜像旋转补偿法。

其中，数字像旋转补偿法可以通过数字平面投影理论来消除像旋转误差，对图像进行重新缩放，使其满足全球地形矢量数据产品制作的要求。

滤镜像旋转补偿法是通过改变原图像的颜色比例，使其满足全球地形矢量数据产品制作的要求，从而消除图像像旋转误差。

第30卷第24期2022年12月Vol.30No.24Dec.2022光学精密工程Optics and Precision Engineering航空光电成像像移与像旋运动补偿控制技术综述王昱棠1，2，田大鹏1，2*（1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春130033；2.中国科学院大学，北京100049）摘要：本文从控制的角度综述了大视场、高分辨率需求下，航空光电成像系统像移与像旋运动补偿控制技术的先进技术及研究进展。

结合像移与像旋运动补偿控制发展趋势，将其分为单一执行器补偿控制和多执行器协同补偿控制两大类。

对于单一执行器补偿控制，从控制照准架、控制光路折转、控制成像介质运动的三个角度进行了总结；对于多执行器协同控制，从指令协调、机械联动和多执行器信息交互三个角度，对协同补偿控制方案进行了梳理和分析；最后从五个研究方面对像移与像旋运动补偿控制的难点和未来发展趋势进行了展望。

研究结果有助于航空光电成像领域学者快速全面的了解像移与像旋运动补偿控制的研究现状和发展趋势，为进一步提升航空光电成像装备的综合性能提供有益借鉴。

关键词：航空光电成像；像移；像旋；运动补偿；伺服控制中图分类号：TP273文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20223024.3128Review of image shift and image rotation compensation control technology for aviation optoelectronic imagingWANG Yutang1，2，TIAN Dapeng1，2*（1.Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement，Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun130033，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China）*Corresponding author，E-mail：d.tian@Abstract：In terms of control，this study systematically reviews the advanced technology and research progress of image shift and image rotation compensation control technology for aviation optoelectronic im⁃aging with a large field of view and high-resolution requirements.Under the development trend of image shift and rotation compensation control，the technology can be divided into two major categories：single-and multi-actuator cooperative compensation controls.For single-actuator compensation control，compen⁃sation methods based on gimbal control，optical path folding，and imaging medium control are summa⁃rized.For multi-actuator cooperative compensation control，the collaborative control scheme is resolved and analyzed from the three perspectives of command coordination，mechanical linkage，and multi-actua⁃文章编号1004-924X（2022）24-3128-11收稿日期：2022-07-08；修订日期：2022-08-02.基金项目：中国科学院前沿科学重点研究计划资助项目（No.ZDBS-LY-JSC044）；国家自然科学基金资助项目（No.12203049，No.T2122001）；中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划资助项目（No.YSBR-066）；长春市科技发展计划资助项目（No.21SH03）第24期王昱棠，等：航空光电成像像移与像旋运动补偿控制技术综述tor information interaction，and the difficulties and future development trends of image shift and image rota⁃tion motion compensation control are prospected from five research angles.The study will contribute to a rapid and comprehensive understanding of the research status and development trends of image shift and ro⁃tation compensation control in the field of aviation optoelectronic imaging and act as a helpful reference for further improving the synthesis performance of aviation optoelectronic imaging equipment.Key words：aviation optoelectronic imaging；image shift；image rotation；motion compensation；servo control1引言航空光电成像载荷搭载在飞机、飞艇等各类动基座载体上，可以机动灵活地获取直观的图像信息，是快速获取高精度场景图像数据的有效手段，广泛应用于军事侦察［1］、电力巡检［2］、地理测绘［3］、环境监测［4］、精准农业［5］等重要的军事及民用领域，具有强烈的应用需求，是国内外的研究热点。