光学学报, 2014, 34 (7): 0728003, 网络出版: 2014-06-25   

TDI-CCD全景航空相机的像移速度场计算模型研究

Image Motion Velocity Filed of TDI-CCD Aerial Panoramic Camera
作者单位
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
针对扫描反射镜和电荷耦合器件(CCD)时间延迟积分(TDI)无法完全补偿前向像移和摆扫像移的问题,提出了TDI-CCD全景航空相机像移速度场的计算模型。根据相机结构和像移补偿原理,用坐标变换和共线方程建立了成像几何模型,在此基础上利用微分法推导出像移速度场的解析式。数值分析表明,像点位置越接近CCD靶面的后边缘,扫描角和前向补偿角越大,像移速度越大。对于TDI级数为100、CCD像元数为14000的全景航空相机,当扫描角小于-1.5°、前向补偿角小于4.16°时,可满足最大像移补偿残差小于1 pixel的要求。实验结果验证了模型的有效性,该模型可作为定量分析TDI-CCD全景航空相机像移补偿误差的理论依据。
Abstract
Image motion compensation of aerial panoramic camera can be accomplished by employing scan head rotation and charge coupled device (CCD) time delay integration (TDI), whereas residual still remains. Therefore, based on the structure and the image motion compensation (IMC) mechanism of aerial panoramic camera, a rigor mathematical model of image motion velocity filed is derived from imaging geometry, which is built by coordinate transformation and collinear equation. Numerical analysis indicates that the closer image coordinate locates to the rear edge of CCD focal plane, the larger scan angle and forward motion compensation (FMC) angel are, and the faster the image motion velocity is. For an aerial panoramic camera with 14000 CCD pixel and 100 TDI stages, when scan angle and FMC angle is smaller than -1.5°and 4.16°, respectively, the maximum of image motion is less than 1 pixel pitch. Dynamic imaging experiments validate the rationality of the model which provides a theoretical basis for the quantitative analysis of image motion compensation residual.

赵嘉鑫, 张涛, 杨永明, 李昕阳, 王德江. TDI-CCD全景航空相机的像移速度场计算模型研究[J]. 光学学报, 2014, 34(7): 0728003. Zhao Jiaxin, Zhang Tao, Yang Yongming, Li Xinyang, Wang Dejiang. Image Motion Velocity Filed of TDI-CCD Aerial Panoramic Camera[J]. Acta Optica Sinica, 2014, 34(7): 0728003.

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