CN117221724A - 支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器及航空相机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器及航空相机，该可见光探测器包括：多个呈面阵排列且相互垂直正交排列的探测器模块，探测器模块包括多个像移速率不同的光敏单元组，每个光敏单元组分别与一个电荷速度控制单元、一个水平输出寄存器电性连接，水平输出寄存器与电荷输出放大器电性连接，电荷速度控制单元驱动光敏单元组中的电荷沿预设方向进行电荷转移，水平输出寄存器将光敏单元组像移补偿后的电荷信息输送至电荷输出放大器将电荷信息进行整合、放大后输出。本发明的可见光探测器在不增加、移动硬件的前提下，进行横滚、俯仰、偏航及复合多自由度动态运动的片上补偿，且能够降低成像系统质量、体积、功耗、成本。

Description

支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器及航空相机

技术领域

本发明涉及航天航空技术领域，尤其涉及一种支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器及航空相机。

背景技术

在航空相机成像过程中，侦察机(载机)会根据战术的需求进行调整，如：俯仰、偏航、横滚以及复合的运动等。载机姿态调整及复合运动变化会使载机上的航空相机的成像系统在像面上产生像移，从而导致光学系统的成像性能下降，严重时甚至会造成图像模糊，无法使用。这种在载机不同的飞行姿态及复合运动状态下探测器像面上大小和方向均不相同的像移称为多自由度像移。

目前发展起来的像移补偿方法主要从三个角度出发：一是采用电子学手段，研制具有时间延迟积分(Time Delay and Integration，TDI)功能或者面阵CCD的CCD器件，针对具体CCD器件采用电荷转移驱动技术来控制积分时间内CCD的电荷转移速度，就可以进行像移补偿；二是对图像处理算法进行研究，通过后期图像处理实现模糊图像的清晰化或纠正像旋转，但是会损失图像信息；三是采用运动控制技术，通过控制曝光时间、惯性稳定平台、变换镜头、快速反射镜等来补偿运动成像引起的像移。这种方法需要改进机械结构，对结构精度、可靠性、稳定性、复杂度、重量控制、成本控制的要求非常高。

但是，上述方式中，目前报道的电子式像移补偿方法主要是利用TDICCD进行前向像移补偿及阶梯式分块补偿航空异速像移，而对航空相机横滚、俯仰、偏航及以上复合的多自由度运动没有给出一个好的解决方案，严重制约了像移补偿技术及高端CCD(支持横滚、俯仰、偏航及复合多自由度动态运动片上补偿CCD)的研制。图像式像移补偿方法是一种事后补偿方法，不具有实时性。运动控制技术补偿方法需要增加机械和光学补偿系统，但机械、光学补偿系统会大幅增加航空相机的重量及体积。

发明内容

基于此，本发明提出了一种支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器及航空相机，以解决或部分解决现有技术中存在的问题。本申请的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器及航空相机能够在不增加、移动硬件的前提下，进行横滚、俯仰、偏航及复合多自由度动态运动的片上补偿，且能够降低成像系统质量、体积、功耗和成本。

第一方面，本发明提供了一种支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，包括：

第一预设数量个探测器模块，每个探测器模块包括并列或并排设置的第二预设数量个像移速率不同的光敏单元组，第一预设数量个探测器模块均呈面阵排列，且相邻探测器模块之间垂直正交设置；

第一预设数量个电荷速度控制模块，每个电荷速度控制模块包括第二预设数量个电荷速度控制单元，每个电荷速度控制单元与一个光敏单元组电性连接，用于驱动光敏单元组中的电荷沿预设方向进行电荷转移以进行像移补偿；

第一预设数量个寄存模块，每个寄存模块包括第二预设数量个水平输出寄存器，每个水平输出寄存器分别与一个光敏单元组、电荷输出放大器电性连接，用于将光敏单元组像移补偿后的电荷信息输送至电荷输出放大器；

电荷输出放大器，用于将每个水平输出寄存器输送的电荷信息进行整合、放大后输出。

优选的是，所述支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，第一预设数量个探测器模块包括：

第一探测器模块、第二探测器模块、第三探测器模块、第四探测器模块，第一探测器模块、第二探测器模块、第三探测器模块、第四探测器模块均呈面阵排列，第一探测器模块与第二探测器模块垂直正交，第二探测器模块与第三探测器模块垂直正交，第三探测器模块与第四探测器模块垂直正交，第四探测器模块与第一探测器模块垂直正交。

优选的是，所述支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，第一预设数量个电荷速度控制模块包括：

与第一探测器模块电性连接的第一电荷速度控制模块，用于驱动第一探测器模块中的第一电荷沿第一预设方向进行电荷转移；

与第二探测器模块电性连接的第二电荷速度控制模块，用于驱动第二探测器模块中的第二电荷沿第二预设方向进行电荷转移；

与第三探测器模块电性连接的第三电荷速度控制模块，用于驱动第三探测器模块中的第三电荷沿第三预设方向进行电荷转移；

与第四探测器模块电性连接的第四电荷速度控制模块，用于驱动第四探测器模块中的第四电荷沿第四预设方向进行电荷转移。

优选的是，所述支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，第一探测器模块包括四个第一光敏单元组，第一电荷速度控制模块包括分别与每个第一光敏单元组电性连接的第一电荷速度控制单元，每个第一电荷速度控制单元用于驱动对应第一光敏单元组中的第一电荷沿第一预设方向以第一转移速率进行电荷转移，第一转移速率与对应第一光敏单元组的像移速率相同；

第二探测器模块包括四个第二光敏单元组，第二电荷速度控制模块包括分别与每个第二光敏单元组电性连接的第二电荷速度控制单元，每个第二电荷速度控制单元用于驱动对应第二光敏单元组中的第二电荷沿第二预设方向以第二转移速率进行电荷转移，第二转移速率与对应第二光敏单元组的像移速率相同；

第三探测器模块包括四个第三光敏单元组，第三电荷速度控制模块包括分别与每个第三光敏单元组电性连接的第三电荷速度控制单元，每个第三电荷速度控制单元用于驱动对应第三光敏单元组中的第三电荷沿第三预设方向以第三转移速率进行电荷转移，第三转移速率与对应第三光敏单元组的像移速率相同；

第四探测器模块包括四个第四光敏单元组，第四电荷速度控制模块包括分别与每个第四光敏单元组电性连接的第四电荷速度控制单元，每个第四电荷速度控制单元用于驱动对应第四光敏单元组中的第四电荷沿第四预设方向以第四转移速率进行电荷转移，第四转移速率与对应第四光敏单元组的像移速率相同。

优选的是，所述支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，第一预设数量个寄存模块包括：

分别与第一探测器模块、电荷输出放大器电性连接的第一寄存模块，用于将第一探测器模块像移补偿后的第一电荷信息输出至电荷输出放大器；

分别与第二探测器模块、电荷输出放大器电性连接的第二寄存模块，用于将第二探测器模块像移补偿后的第二电荷信息输出至电荷输出放大器；

分别与第三探测器模块、电荷输出放大器电性连接的第三寄存模块，用于将第三探测器模块像移补偿后的第三电荷信息输出至电荷输出放大器；

分别与第四探测器模块、电荷输出放大器电性连接的第四寄存模块，用于将第四探测器模块像移补偿后的第四电荷信息输出至电荷输出放大器。

优选的是，所述支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，第一寄存模块包括四个第一水平输出寄存器，每个第一水平输出寄存器分别与一个第一光敏单元组、电荷输出放大器电性连接，用于将对应第一光敏单元组像移补偿后的第一电荷信息输出至电荷输出放大器；

第二寄存模块包括四个第二水平输出寄存器，每个第二水平输出寄存器分别与一个第二光敏单元组、电荷输出放大器电性连接，用于将对应第二光敏单元组像移补偿后的第二电荷信息输出至电荷输出放大器；

第三寄存模块包括四个第三水平输出寄存器，每个第三水平输出寄存器分别与一个第三光敏单元组、电荷输出放大器电性连接，用于将对应第三光敏单元组像移补偿后的第三电荷信息输出至电荷输出放大器；

第四寄存模块包括四个第四水平输出寄存器，每个第四水平输出寄存器分别与一个第四光敏单元组、电荷输出放大器电性连接，用于将对应第四光敏单元组像移补偿后的第四电荷信息输出至电荷输出放大器。

优选的是，所述支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，探测器模块、第二探测器模块、第三探测器模块、第四探测器模块的分辨率均为2048*2048，单个像元大小为10um，每个光敏单元组的大小为2048*512，支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器的分辨率为8196*8196。

第二方面，本发明还提供了一种支持多自由度像移补偿功能的航空相机，包括：可见光探测器镜头、时序脉冲发生器、可见光探测器前端信号处理模块、可见光探测器接口模块、可见光探测器驱动模块和上述任一所述的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器；可见光探测器分别与可见光探测器镜头、可见光探测器前端信号处理模块、可见光探测器驱动模块连接，可见光探测器驱动模块与时序脉冲发生器连接，可见光探测器前端信号处理模块与可见光探测器接口模块连接；

可见光探测器镜头用于收集目标景物的反射光并将其聚焦于可见光探测器上；

可见光探测器用于将光信号转换为电信号并进行多自由度的像移补偿；

时序脉冲发生器用于产生系统所需的时序信号；

可见光探测器驱动模块用于将时序脉冲发生器产生的时序信号放大为具有足够电压和电流驱动能力的驱动电平信号，并产生可见光探测器所需要的直流偏置电压；

可见光探测器前端信号处理模块用于将可见光探测器产生的信号进行前端处理；

可见光探测器接口模块用于将模数转换后的数字信号输出。

本发明的一种支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器及航空相机，相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器及航空相机，包括：第一预设数量个探测器模块，每个探测器模块包括并列或并排设置的第二预设数量个像移速率不同的光敏单元组，第一预设数量个探测器模块均呈面阵排列，且相邻探测器模块之间垂直正交设置；第一预设数量个电荷速度控制模块，每个电荷速度控制模块包括第二预设数量个电荷速度控制单元，每个电荷速度控制单元与一个光敏单元组电性连接，用于驱动光敏单元组中的电荷沿预设方向进行电荷转移以进行像移补偿；第一预设数量个寄存模块，每个寄存模块包括第二预设数量个水平输出寄存器，每个水平输出寄存器分别与一个光敏单元组、电荷输出放大器电性连接，用于将光敏单元组像移补偿后的电荷信息输送至电荷输出放大器；电荷输出放大器，用于将每个水平输出寄存器输送的电荷信息进行整合、放大后输出。本发明的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，在不增加、移动硬件的前提下，进行横滚、俯仰、偏航及复合多自由度动态运动的片上补偿，且能够降低成像系统质量、体积、功耗和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为航空相机多自由度运动像移原理示意图及靶面上像移示意图；

图2为本发明实施例的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器的一结构示意图；

图3为像移补偿原理示意图；

图4为本发明实施例的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器的另一结构示意图；

图5为本发明实施例的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器的靶面像移示意图；

图6为本发明实施例的支持多自由度像移补偿功能的航空相机的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

航空多自由度像移产生原因：

在侦察过程中，侦察机为躲避敌方雷达的监视，需要做高速低空飞行。低空高速飞行大大提高飞机自身的战场生存能力和纵深侦察监视能力，但这时航空成像的靶面上会出现严重像移，导致航空成像模糊，像移的存在极大的影响了相机成像质量，使航摄图像的分辨率明显下降。当存在像移时拍摄到的目标轮廓不清晰，目标和周围背景间存在着或大或小的过渡区，它随像移的增大而扩大，当过渡区到达一定程度时就会导致相邻两目标的成像互相交叠甚至不能分辨。侦察飞机的飞行姿态除了进行前向飞行外，还会根据技战术的需求进行调整，如：俯仰、偏航和横滚以及复合多自由度运动，如图1中原理示意图所示。对应不同的飞行姿态，影像在靶面上会留下不同的像移轨迹，如图1中靶面上像移示意图所示。

图2展示了本发明一种支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器的一个实施例。如图2所示，该支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器包括：

第一预设数量个探测器模块1，每个探测器模块1包括并列或并排设置的第二预设数量个像移速率不同的光敏单元组，第一预设数量个探测器模块1均呈面阵排列，且相邻探测器模块1之间垂直正交设置。

第一预设数量个电荷速度控制模块2，每个电荷速度控制模块2包括第二预设数量个电荷速度控制单元201，每个电荷速度控制单元201与一个光敏单元组电性连接，用于驱动光敏单元组中的电荷沿预设方向进行电荷转移以进行像移补偿。

第一预设数量个寄存模块3，每个寄存模块3包括第二预设数量个水平输出寄存器301，每个水平输出寄存器301分别与一个光敏单元组、电荷输出放大器4电性连接，用于将光敏单元组像移补偿后的电荷信息输送至电荷输出放大器4。

电荷输出放大器4，用于将每个水平输出寄存器301输送的电荷信息进行整合、放大后输出。

具体地，探测器模块1之间垂直正交排列，使得探测器模块1中的电荷可以沿不同的方向进行电荷转移，且不同探测器模块1中的电荷的转移方向相互垂直，从而能够覆盖到多个不同自由度的像移。

需要说明的是，本发明实施例的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器的工作原理为：探测器模块1的成像区由二维排列的光敏单元组组成，将所有光敏单元组按列或安排分成若干组，每组由若干列光敏单元组组成。本实施例中，假设探测器模块1分成N组光敏单元组，如图3中的C1～Cn，设当对目标景物成像时，所成的像在成像区由沿图3所示方向的运动，如果使成像电荷在电荷速度控制单元的驱动下与像移同步运动，即可消除像移的影响，如果不同组的像移速率不同，则可以对不同组的电荷速度控制单元驱动成像电荷以不同的转移速度进行转移，且同一组的成像电荷的转移速度与该组的像移速率同步，以消除像移影响。每个探测器模块1可以补偿一个方向上的像移，即实现一个自由度的像移补偿，当通过设置第一预设数量个相互垂直正交的探测器模块，从而对同一目标景物在多个自由度的像移进行补偿。需要说明的是，划分的组越多时，像移补偿效果越好。

需要说明的是，本发明实施例中，该第一预设数量为至少两个，该第二预设数量为至少两个。

图4展示了本发明一种支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器的另一个实施例。如图4所示，第一预设数量个探测器模块1包括：

第一探测器模块11、第二探测器模块12、第三探测器模块13、第四探测器模块14，第一探测器模块11、第二探测器模块12、第三探测器模块13、第四探测器模块14均呈面阵排列，第一探测器模块11与第二探测器模块12垂直正交，第二探测器模块12与第三探测器模块13垂直正交，第三探测器模块13与第四探测器模块14垂直正交，第四探测器模块14与第一探测器模块11垂直正交。

优选地，如图4所示，第一预设数量个电荷速度控制模块2包括：

与第一探测器模块11电性连接的第一电荷速度控制模块21，用于驱动第一探测器模块11中的第一电荷沿第一预设方向进行电荷转移，补偿目标景物在探测像面上沿着第一预设方向运动产生的像移，如图5所示。其中，该第一预设方向为向上的方向。

与第二探测器模块12电性连接的第二电荷速度控制模块22，用于驱动第二探测器模块12中的第二电荷沿第二预设方向进行电荷转移，补偿目标景物在探测像面上沿着第二预设方向运动产生的像移，如图5所示。其中，该第二预设方向为向右的方向。

与第三探测器模块13电性连接的第三电荷速度控制模块23，用于驱动第三探测器模块13中的第三电荷沿第三预设方向进行电荷转移，补偿目标景物在探测像面上沿着第三预设方向运动产生的像移，如图5所示。其中，该第三预设方向为向下的方向。

与第四探测器模块14电性连接的第四电荷速度控制模块24，用于驱动第四探测器模块14中的第四电荷沿第四预设方向进行电荷转移，补偿目标景物在探测像面上沿着第四预设方向运动产生的像移，如图5所示。其中，该第四预设方向为向左的方向。

具体地，通过第一探测器模块11、第二探测器模块12、第三探测器模块13、第四探测器模块14分别补偿沿着上、下、左、右方向产生的像移，因此整个可见光探测器可以补偿飞机由于方位、俯仰、横滚及复合运动产生的多自由度像移。

优选地，如图4所示，第一探测器模块11包括四组第一光敏单元组110(图4中以第一光敏单元组110A、第一光敏单元组110B、第一光敏单元组110C、第一光敏单元组110D进行区分)，第一电荷速度控制模块21包括分别与每组第一光敏单元组110电性连接的第一电荷速度控制单元210(图4中以第一电荷速度控制单元210A、第一电荷速度控制单元210B、第一电荷速度控制单元210C、第一电荷速度控制单元210D进行区分)，每个第一电荷速度控制单元210用于驱动对应第一光敏单元组110中的第一电荷沿第一预设方向以第一转移速率进行电荷转移，第一转移速率与对应第一光敏单元组110的像移速率相同。

具体地，每个第一探测器模块11包括四组第一光敏单元组110，四组第一光敏单元组110的像移速率不同，每组第一光敏单元组110中的电荷转移速度与该组第一光敏单元组110的像移速率相同，从而每组第一光敏单元组110中的电荷进行转移以对该组第一光敏单元组110的像移进行补偿。

第二探测器模块12包括四个第二光敏单元组120(图4中以第二光敏单元组120A、第二光敏单元组120B、第二光敏单元组120C、第二光敏单元组120D进行区分)，第二电荷速度控制模块22包括分别与每个第二光敏单元组120电性连接的第二电荷速度控制单元220(图4中以第二电荷速度控制单元220A、第二电荷速度控制单元220B、第二电荷速度控制单元220C、第二电荷速度控制单元220D进行区分)，每个第二电荷速度控制单元220用于驱动对应第二光敏单元组120中的第二电荷沿第二预设方向以第二转移速率进行电荷转移，第二转移速率与对应第二光敏单元组120的像移速率相同。

具体地，每个第二探测器模块12包括四组第二光敏单元组120，四组第二光敏单元组120的像移速率不同，每组第二光敏单元组120中的电荷转移速度与该组第二光敏单元组120的像移速率相同，从而每组第二光敏单元组120中的电荷进行转移以对该组第二光敏单元组120的像移进行补偿。

第三探测器模块13包括四个第三光敏单元组130(图4中以第三光敏单元组130A、第三光敏单元组130B、第三光敏单元组130C、第三光敏单元组130D进行区分)，第三电荷速度控制模块23包括分别与每个第三光敏单元组130电性连接的第三电荷速度控制单元230(图4中以第三电荷速度控制单元230A、第三电荷速度控制单元230B、第三电荷速度控制单元230C、第三电荷速度控制单元230D进行区分)，每个第三电荷速度控制单元230用于驱动对应第三光敏单元组130中的第三电荷沿第三预设方向以第三转移速率进行电荷转移，第三转移速率与对应第三光敏单元组130的像移速率相同。

具体地，每个第三探测器模块13包括四组第三光敏单元组130，四组第三光敏单元组130的像移速率不同，每组第三光敏单元组130中的电荷转移速度与该组第三光敏单元组130的像移速率相同，从而每组第三光敏单元组130中的电荷进行转移以对该组第三光敏单元组130的像移进行补偿。

第四探测器模块14包括四个第四光敏单元组140(图4中以第四光敏单元组140A、第四光敏单元组140B、第四光敏单元组140C、第四光敏单元组140D进行区分)，第四电荷速度控制模块24包括分别与每个第四光敏单元组140电性连接的第四电荷速度控制单元240(图4中以第四电荷速度控制单元240A、第四电荷速度控制单元240B、第四电荷速度控制单元240C、第四电荷速度控制单元240D进行区分)，每个第四电荷速度控制单元240用于驱动对应第四光敏单元组140中的第四电荷沿第四预设方向以第四转移速率进行电荷转移，第四转移速率与对应第四光敏单元组140的像移速率相同。

具体地，每个第四探测器模块14包括四组第四光敏单元组140，四组第四光敏单元组140的像移速率不同，每组第四光敏单元组140中的电荷转移速度与该组第四光敏单元组140的像移速率相同，从而每组第四光敏单元组140中的电荷进行转移以对该组第四光敏单元组140的像移进行补偿。

优选地，如图4所示，第一预设数量个寄存模块3包括：

分别与第一探测器模块11、电荷输出放大器4电性连接的第一寄存模块31，用于将第一探测器模块11像移补偿后的第一电荷信息输出至电荷输出放大器4。

分别与第二探测器模块12、电荷输出放大器4电性连接的第二寄存模块32，用于将第二探测器模块12像移补偿后的第二电荷信息输出至电荷输出放大器4。

分别与第三探测器模块13、电荷输出放大器4电性连接的第三寄存模块33，用于将第三探测器模块13像移补偿后的第三电荷信息输出至电荷输出放大器4。

分别与第四探测器模块14、电荷输出放大器4电性连接的第四寄存模块34，用于将第四探测器模块14像移补偿后的第四电荷信息输出至电荷输出放大器4。

优选地，第一寄存模块31包括四个第一水平输出寄存器310(图4中以第一水平输出寄存器310A、第一水平输出寄存器310B、第一水平输出寄存器310C、第一水平输出寄存器310D进行区分)，每个第一水平输出寄存器310分别与一组第一光敏单元组110、电荷输出放大器4电性连接，用于将对应第一光敏单元组110像移补偿后的第一电荷信息输出至电荷输出放大器4。

第二寄存模块32包括四个第二水平输出寄存器320(图4中以第二水平输出寄存器320A、第二水平输出寄存器320B、第二水平输出寄存器320C、第二水平输出寄存器320D进行区分)，每个第二水平输出寄存器320分别与一个第二光敏单元组120、电荷输出放大器4电性连接，用于将对应第二光敏单元组120像移补偿后的第二电荷信息输出至电荷输出放大器4。

第三寄存模块33包括四个第三水平输出寄存器330(图4中以第三水平输出寄存器330A、第三水平输出寄存器330B、第三水平输出寄存器330C、第三水平输出寄存器330D进行区分)，每个第三水平输出寄存器330分别与一个第三光敏单元组130、电荷输出放大器4电性连接，用于将对应第三光敏单元组130像移补偿后的第三电荷信息输出至电荷输出放大器4。

第四寄存模块34包括四个第四水平输出寄存器340(图4中以第四水平输出寄存器340A、第四水平输出寄存器340B、第四水平输出寄存器340C、第四水平输出寄存器340D进行区分)，每个第四水平输出寄存器340分别与一个第四光敏单元组140、电荷输出放大器4电性连接，用于将对应第四光敏单元组140像移补偿后的第四电荷信息输出至电荷输出放大器4。

优选地，探测器模块1、第二探测器模块12、第三探测器模块13、第四探测器模块14的分辨率均为2048*2048，单个像元大小为10um，每个光敏单元组的大小为2048*512，支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器的分辨率为8196*8196。

上述实施例中，像元，亦称像素点或像元点，即影像单元(picture element)。

本发明实施例的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器通过设置多个呈面阵排列且相互垂直正交排列的探测器模块，探测器模块包括多个像移速率不同的光敏单元组，每个光敏单元组分别与一个电荷速度控制单元、一个水平输出寄存器电性连接，水平输出寄存器与电荷输出放大器电性连接，电荷速度控制单元驱动光敏单元组中的电荷沿预设方向进行电荷转移，水平输出寄存器将光敏单元组像移补偿后的电荷信息输送至电荷输出放大器将电荷信息进行整合、放大后输出。本发明的可见光探测器在不增加、移动硬件的前提下，进行横滚、俯仰、偏航及复合多自由度动态运动的片上补偿，且能够降低成像系统质量、体积、功耗、成本。

本发明实施例提供了一种支持多自由度像移补偿功能的航空相机，如图6所示，该支持多自由度像移补偿功能的航空相机包括可见光探测器镜头100、时序脉冲发生器200、可见光探测器前端信号处理模块300、可见光探测器接口模块400、可见光探测器驱动模块500和上述任一所述的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器600。

可见光探测器600分别与可见光探测器镜头100、可见光探测器前端信号处理模块300、可见光探测器驱动模块500连接，可见光探测器驱动模块500与时序脉冲发生器200连接，可见光探测器前端信号处理模块300与可见光探测器接口模块400连接。

可见光探测器镜头100用于收集目标景物的反射光并将其聚焦于可见光探测器600上。

可见光探测器600用于将光信号转换为电信号并进行多自由度的像移补偿。

时序脉冲发生器200用于产生系统所需的时序信号。该时序信号包括水平转移信号、垂直转移信号、多自由度像移补偿时序驱动信号等。

可见光探测器驱动模块500用于将时序脉冲发生器200产生的时序信号放大为具有足够电压和电流驱动能力的驱动电平信号，并产生可见光探测器600所需要的直流偏置电压。

可见光探测器前端信号处理模块300用于将可见光探测器600产生的信号进行前端处理。该处理操作包括钳位、放大、相关双采样、模数转换等。

可见光探测器接口模块400用于将模数转换后的数字信号输出。

其中，时序脉冲发生器200利用FPGA开发，可见光探测器驱动模块500利用专用芯片开发，可见光探测器前端信号处理模块300利用专用芯片开发，可见光探测器接口模块400利用专用芯片开发，为Cameralink接口。

本发明实施例的支持多自由度像移补偿功能的航空相机能够在不增加、移动硬件的前提下，进行横滚、俯仰、偏航及复合多自由度动态运动的片上补偿，且能够降低成像系统质量、体积、功耗、成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，其特征在于，包括：

第一预设数量个探测器模块，每个探测器模块包括并列或并排设置的第二预设数量个像移速率不同的光敏单元组，所述第一预设数量个探测器模块均呈面阵排列，且相邻探测器模块之间垂直正交设置；

第一预设数量个电荷速度控制模块，每个电荷速度控制模块包括第二预设数量个电荷速度控制单元，每个电荷速度控制单元与一个光敏单元组电性连接，用于驱动所述光敏单元组中的电荷沿预设方向进行电荷转移以进行像移补偿；

第一预设数量个寄存模块，每个寄存模块包括第二预设数量个水平输出寄存器，每个水平输出寄存器分别与一个光敏单元组、电荷输出放大器电性连接，用于将所述光敏单元组像移补偿后的电荷信息输送至电荷输出放大器；

所述电荷输出放大器，用于将每个水平输出寄存器输送的电荷信息进行整合、放大后输出。

2.如权利要求1所述的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，其特征在于，所述第一预设数量个探测器模块包括：

第一探测器模块、第二探测器模块、第三探测器模块、第四探测器模块，所述第一探测器模块、第二探测器模块、第三探测器模块、第四探测器模块均呈面阵排列，所述第一探测器模块与所述第二探测器模块垂直正交，所述第二探测器模块与所述第三探测器模块垂直正交，所述第三探测器模块与所述第四探测器模块垂直正交，所述第四探测器模块与所述第一探测器模块垂直正交。

3.如权利要求2所述的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，其特征在于，所述第一预设数量个电荷速度控制模块包括：

与所述第一探测器模块电性连接的第一电荷速度控制模块，用于驱动所述第一探测器模块中的第一电荷沿第一预设方向进行电荷转移；

与所述第二探测器模块电性连接的第二电荷速度控制模块，用于驱动所述第二探测器模块中的第二电荷沿第二预设方向进行电荷转移；

与所述第三探测器模块电性连接的第三电荷速度控制模块，用于驱动所述第三探测器模块中的第三电荷沿第三预设方向进行电荷转移；

与所述第四探测器模块电性连接的第四电荷速度控制模块，用于驱动所述第四探测器模块中的第四电荷沿第四预设方向进行电荷转移。

4.如权利要求3所述的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，其特征在于，所述第一探测器模块包括四个第一光敏单元组，所述第一电荷速度控制模块包括分别与每个第一光敏单元组电性连接的第一电荷速度控制单元，每个第一电荷速度控制单元用于驱动对应第一光敏单元组中的第一电荷沿第一预设方向以第一转移速率进行电荷转移，所述第一转移速率与对应第一光敏单元组的像移速率相同；

所述第二探测器模块包括四个第二光敏单元组，所述第二电荷速度控制模块包括分别与每个第二光敏单元组电性连接的第二电荷速度控制单元，每个第二电荷速度控制单元用于驱动对应第二光敏单元组中的第二电荷沿第二预设方向以第二转移速率进行电荷转移，所述第二转移速率与对应第二光敏单元组的像移速率相同；

所述第三探测器模块包括四个第三光敏单元组，所述第三电荷速度控制模块包括分别与每个第三光敏单元组电性连接的第三电荷速度控制单元，每个第三电荷速度控制单元用于驱动对应第三光敏单元组中的第三电荷沿第三预设方向以第三转移速率进行电荷转移，所述第三转移速率与对应第三光敏单元组的像移速率相同；

所述第四探测器模块包括四个第四光敏单元组，所述第四电荷速度控制模块包括分别与每个第四光敏单元组电性连接的第四电荷速度控制单元，每个第四电荷速度控制单元用于驱动对应第四光敏单元组中的第四电荷沿第四预设方向以第四转移速率进行电荷转移，所述第四转移速率与对应第四光敏单元组的像移速率相同。

5.如权利要求4所述的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，其特征在于，所述第一预设数量个寄存模块包括：

分别与所述第一探测器模块、所述电荷输出放大器电性连接的第一寄存模块，用于将所述第一探测器模块像移补偿后的第一电荷信息输出至所述电荷输出放大器；

分别与所述第二探测器模块、所述电荷输出放大器电性连接的第二寄存模块，用于将所述第二探测器模块像移补偿后的第二电荷信息输出至所述电荷输出放大器；

分别与所述第三探测器模块、所述电荷输出放大器电性连接的第三寄存模块，用于将所述第三探测器模块像移补偿后的第三电荷信息输出至所述电荷输出放大器；

分别与所述第四探测器模块、所述电荷输出放大器电性连接的第四寄存模块，用于将所述第四探测器模块像移补偿后的第四电荷信息输出至所述电荷输出放大器。

6.如权利要求5所述的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，其特征在于，所述第一寄存模块包括四个第一水平输出寄存器，每个第一水平输出寄存器分别与一个第一光敏单元组、所述电荷输出放大器电性连接，用于将对应第一光敏单元组像移补偿后的第一电荷信息输出至所述电荷输出放大器；

所述第二寄存模块包括四个第二水平输出寄存器，每个第二水平输出寄存器分别与一个第二光敏单元组、所述电荷输出放大器电性连接，用于将对应第二光敏单元组像移补偿后的第二电荷信息输出至所述电荷输出放大器；

所述第三寄存模块包括四个第三水平输出寄存器，每个第三水平输出寄存器分别与一个第三光敏单元组、所述电荷输出放大器电性连接，用于将对应第三光敏单元组像移补偿后的第三电荷信息输出至所述电荷输出放大器；

所述第四寄存模块包括四个第四水平输出寄存器，每个第四水平输出寄存器分别与一个第四光敏单元组、所述电荷输出放大器电性连接，用于将对应第四光敏单元组像移补偿后的第四电荷信息输出至所述电荷输出放大器。

7.如权利要求2所述的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器，其特征在于，所述探测器模块、第二探测器模块、第三探测器模块、第四探测器模块的分辨率均为2048*2048，单个像元大小为10um，每个光敏单元组的大小为2048*512，所述支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器的分辨率为8196*8196。

8.一种支持多自由度像移补偿功能的航空相机，包括：可见光探测器镜头、时序脉冲发生器、可见光探测器前端信号处理模块、可见光探测器接口模块、可见光探测器驱动模块，其特征在于，还包括：如权利要求1～7任一所述的支持多自由度像移补偿功能的可见光探测器；

所述可见光探测器分别与所述可见光探测器镜头、所述可见光探测器前端信号处理模块、所述可见光探测器驱动模块连接，所述可见光探测器驱动模块与所述时序脉冲发生器连接，所述可见光探测器前端信号处理模块与所述可见光探测器接口模块连接；

所述可见光探测器镜头用于收集目标景物的反射光并将其聚焦于所述可见光探测器上；

所述可见光探测器用于将光信号转换为电信号并进行多自由度的像移补偿；

所述时序脉冲发生器用于产生系统所需的时序信号；

所述可见光探测器驱动模块用于将所述时序脉冲发生器产生的时序信号放大为具有足够电压和电流驱动能力的驱动电平信号，并产生所述可见光探测器所需要的直流偏置电压；

所述可见光探测器前端信号处理模块用于将所述可见光探测器产生的信号进行前端处理；

所述可见光探测器接口模块用于将模数转换后的数字信号输出。