CN109672880A - 一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法 - Google Patents

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Abstract

一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法涉及光学遥感技术领域，解决了宽幅空间相机成像质量满足不了需求的问题，方法包括：对像面传感器进行分组；分别计算各组所对应的偏流角；计算判断根据步骤一的分组所得到的图像是否符合相机成像质量要求；计算模块在轨实时计算各组像面传感器中心的偏流角并传递给控制系统；控制系统接收偏流角信息并控制驱动系统对各组像面传感器进行调整；角度检测机构检测各组像面传感器的偏流角调整角度，计算模块判断是否满足角度调整误差要求。本发明首先实现宽幅空间相机分组偏流角实时调整，大大提高宽幅空间相机的成像质量，是一种更加精确的偏流角调整方法来改善成像质量，适用于空间相机的偏流角调整。

Description

一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法
技术领域
本发明涉及空间光学遥感技术领域，具体涉及一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法。
背景技术
随着空间相机几十年来的发展，其分辨率越来越高，幅宽越来越大，所获取的信息也越来越多，为人类生产生活提供了更多的便捷。随着近年来空间相机的发展，幅宽越来越大，宽幅相机被广泛的应用。
宽幅空间相机的传感器成像时需要满足一定的误差要求。空间相机在轨工作时，由于自身运动、地球自转等因素，拍摄过程中的物点在像面上所对应的投影是时刻运动的，称为像移。如图1像面上的像移示意图，像移速度Vp可以分解为沿着空间相机运动方向的速度Vp1和垂直于空间相机运动方向的速度Vp2，其中像移速度与空间相机运动速度方向所夹的角度β称为偏流角，偏流角是影响空间相机成像质量的一大重要因素。
空间相机焦面传感器可以通过延时积分的方式补偿其列方向的像移，但是由于偏流角的存在，传感器列方向与像移方向不在一条直线上。为获得良好的像质，空间相机需要进行偏流角调整。传统的偏流角调整机构是以焦平面中心点作为偏流角的计算依据，再以此对整个焦平面进行整体偏流角调整。而实际上由于地球是一个近似球体，导致地球和空间相机发生相对运动时，焦面上每一个点所对应的偏流角也是不同的，而且在空间相机运动过程中，同一点所对应的偏流角也随着空间相机的运动而发生实时变化。
如图2所示，以推扫方式成像的空间相机在某一瞬时成像是带状的。由于地球曲率的影响，相机拍摄到的景物并不是标准的直线条带，而是带有一定曲率的曲线条带。此时观察曲线上A、B、C三点像移方向VpA、VpB和VpC，可以看出其像移方向并不一致，而且这种差异会随着相机幅宽的增加而越来越明显，对宽幅空间相机的成像质量产生较大影响，传统的偏流角调整方法对于空间相机成像质量影响愈加明显，因此，需要一种更加精确的偏流角调整方法来改善成像质量。
发明内容
为了解决宽幅空间相机成像质量满足不了需求的问题，本发明提供一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法，包括如下步骤：
步骤一、根据宽幅空间相机的幅宽、像面传感器的尺寸以及像面传感器的排列方式对像面传感器进行分组；
步骤二、分别计算各组像面传感器中心点所对应的偏流角；
步骤三、计算判断根据步骤一的分组所得到的图像是否符合相机成像质量要求，若满足则完成分组、进行步骤四，否则返回步骤一；
步骤四、计算模块根据宽幅空间相机的运动条件在轨实时计算各组像面传感器中心所对应的偏流角，得到偏流角信息，并将偏流角信息传递给控制系统；
步骤五、控制系统接收计算模块传递的偏流角信息，并据此控制驱动系统对各组像面传感器进行调整；
步骤六、角度检测机构检测各组像面传感器的偏流角调整角度，并发送至计算模块，计算模块判断是否满足角度调整误差要求，如果满足，完成调整，否则返回步骤四。
本发明的有益效果是：
本发明首先通过步骤一至三进行像面传感器分组并且对分组方案进行评价和改进，直到达到相机成像质量要求；然后步骤四实时计算几个分组区域中心点所对应的偏流角；再通过步骤五以上述计算所得偏流角为依据对各组像面传感器进行角度调节，最后步骤六判断是否偏转调整完成，从而实现宽幅空间相机分组偏流角实时调整，大大提高宽幅空间相机的成像质量，本发明提供了一种更加精确的偏流角调整方法来改善成像质量，适用于空间相机领域，尤其是宽幅空间相机。
附图说明
图1为像面上的像移示意图。
图2为宽幅空间相机推扫成像时某时刻不同点的像移速度示意图。
图3为本发明的一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法的流程图。
图4为宽幅空间相机像面传感器分组调偏流示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法分为地面调试阶段和在轨工作阶段。步骤一至三为地面调试阶段，步骤四至六为在轨调试阶段。图3为本发明一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法的流程图。
一、地面调试阶段
步骤一、根据宽幅空间相机的幅宽、像面传感器的尺寸以及像面传感器的排列方式等因素对像面传感器进行分组。
设空间相机设计幅宽为H，其焦面上单片像面传感器包含n个像元，每个像元对应地面长度为l，则像面传感器可以通过以下关系进行分组：
其中b为偏流角分组数，a为每个组包含的像面传感器片数。
例如某宽幅空间相机的视场即幅宽为225公里，其像面传感器每片含5000个像元，每个像元对应地面长度为1米，采用45片像面传感器5×9阵列拼接的形式，则工作人员可以将45片像面传感器分为9个组进行调整，9组的划分如图4的虚线所示。
步骤二、分别计算各个组像面传感器中心点所对应的偏流角。
具体为在考虑地球曲率以及地球自转的情况下，根据宽幅空间相机的运行速度和位置坐标，工作人员分别计算各个组像面传感器中心点所对应的偏流角。
如图4所示，像面传感器分为9组，每组像面传感器以各自中心点计算对应的偏流角，并以此作为该组偏流角调整的依据。图4的第一条线为理想焦面曲线；第二条线为初始焦面曲线；最下侧的曲线是分组调整焦面曲线，分别是9组的焦面调整曲线。
步骤三、计算判断根据步骤一的分组方式所得到的图像是否符合相机成像质量要求，如果满足则完成分组进行步骤四，否则返回步骤一重新分组。
符合相机成像质量要求即为图像满足一定的清晰度，本实施方式中采用的标准为：计算模块计算上述分组所得到的图像与像元的偏差是否在像元成像面积的±1/3以内，在±1/3以内则宽幅空间相机以该分组方式进行在轨调试阶段。即工作人员判断像面传感器推扫过程中像元所成图像的不重合部分的面积(即偏差)是否在每个像元成像面积的±1/3以内。
二、在轨工作阶段
步骤四、计算模块根据宽幅空间相机的运动条件(宽幅空间相机的速度和位置)在轨实时计算各个分组区域中心所对应的偏流角，得到偏流角信息，并将偏流角信息实时传递给控制系统。
计算模块根据宽幅空间相机的速度和位置，在轨实时计算9组像面传感器中心所对应的偏流角，计算模块将计算的9个动态的偏流角信息实时传递给控制系统，实时传递以保证步骤五中偏流角实时调整。
步骤五、控制系统接收计算模块传递的偏流角信息，控制系统根据偏流角信息控制驱动系统对每一组像面传感器进行调整。
控制系统接收计算模块传递的偏流角信息，控制系统根据偏流角信息控制驱动系统对每一组像面传感器进行调整，驱动系统为调偏流机构，驱动系统驱动每一组像面传感器转动，使每一组像面传感器均偏转对应的偏流角到其对应的预定位置。优选的是驱动系统将自身的运动信息实时反馈回控制系统，控制系统根据驱动系统反馈的运动信息和计算模块传递的偏流角信息控制驱动系统对各组像面传感器进行调整，增强控制系统对驱动系统的控制，能够实现整个像面上各组像面传感器偏流角调整的闭环控制。
步骤六、角度检测机构检测各组像面传感器的偏流角调整角度，并发送至计算模块，计算模块判断是否满足角度调整误差要求，如果满足，完成该次各组像面传感器的偏流角调整，否则返回步骤四。
宽幅空间相机上的角度检测机构检测各组像面传感器的偏流角调整角度，得到偏流角调整角度信息，发送至计算模块，计算模块判断每一组像面传感器的偏流角调整是否满足角度调整误差要求，即偏流角调整角度对比步骤四所得的偏流角，得出判断结果，如果满足角度调整误差要求，则完成该次各组像面传感器的偏流角调整，表示调整后宽幅空间相机获得更好的成像质量，否则返回步骤四，计算模块再次计算需要调整的角度，直至满足角度调整误差要求。
上述的计算模块和控制系统可为载入到计算机的模块。
本发明中，在宽幅空间相机拍摄过程中，各组可以分别进行偏流角调整，并且随着宽幅空间相机的运动，根据计算模块的计算结果实时匹配，达到分组实时调整。
首先通过步骤一至三进行像面传感器分组并且对分组方案进行评价和改进，直到达到相机成像质量要求；然后步骤四实时计算几个分组区域中心点所对应的偏流角；再通过步骤五以上述计算所得偏流角为依据对各组像面传感器进行角度调节，最后步骤六判断是否偏转调整完成，从而实现宽幅空间相机分组偏流角实时调整，大大提高宽幅空间相机的成像质量，本发明提供了一种更加精确的偏流角调整方法来改善成像质量，适用于空间相机领域，尤其是宽幅空间相机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据宽幅空间相机的幅宽、像面传感器的尺寸以及像面传感器的排列方式对像面传感器进行分组；
步骤二、分别计算各组像面传感器中心点所对应的偏流角；
步骤三、计算判断根据步骤一的分组所得到的图像是否符合相机成像质量要求，若满足则完成分组、进行步骤四，否则返回步骤一；
步骤四、计算模块根据宽幅空间相机的运动条件在轨实时计算各组像面传感器中心所对应的偏流角，得到偏流角信息，并将偏流角信息传递给控制系统；
步骤五、控制系统接收计算模块传递的偏流角信息，并据此控制驱动系统对各组像面传感器进行调整；
步骤六、角度检测机构检测各组像面传感器的偏流角调整角度，并发送至计算模块，计算模块判断是否满足角度调整误差要求，如果满足，完成调整，否则返回步骤四。
2.如权利要求1所述的一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法，其特征在于，所述步骤二具体为在考虑地球曲率以及地球自转的情况下，根据宽幅空间相机的运行速度和位置坐标，分别计算各组中心点所对应的偏流角。
3.如权利要求1所述的一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法，其特征在于，所述步骤三中相机成像质量要求为图像与像元的偏差是否在像元成像面积的±1/3以内。
4.如权利要求1所述的一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法，其特征在于，步骤五中所述驱动系统将自身的运动信息反馈给控制系统，控制系统根据驱动系统反馈的运动信息和偏流角信息控制驱动系统对各组像面传感器进行调整。
5.如权利要求1所述的一种宽幅空间相机的分组偏流角实时调整方法，其特征在于，步骤四中所述宽幅空间相机的运动条件为宽幅空间相机的速度和位置。
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