针对大视场空间相机焦平面采用的多片CCD交错拼接, 提出了一种适用于多种姿态模式的重叠像元数解析计算方法, 以保证空间相机成像视场中不出现漏缝。分析了CCD交错拼接的成像特性和产生漏缝的原因; 基于空间坐标系变换和中心投影共线方程建立了重叠像元数计算模型, 对像点、相机摄像中心、地面景物点建立动态数学关系, 通过追踪像点在像面上的运动轨迹计算了拼接缝像元重叠情况。结合实际工程样例, 计算和分析了空间相机机动角度、星下点纬度、视场位置等因素对重叠像元数的影响, 并将各工况下计算的最多漏像元数作为最终拼接量。结果表明: 重叠像元数理论误差小于1 pixel; 对比侧摆, 俯仰成像时所需拼接像元数更多; 该计算模型可扩展应用于其他类型空间相机在任何姿态模式下的重叠像元数计算。

为了满足空间宽幅相机大视场的需求, 研究了对多片CCD器件进行拼接以获得超长焦平面组件的方法。使用长线阵时间延迟积分(TDI)CCD拼接仪, 按照设计位置和精度要求把17片TDICCD器件拼接到焦平面板上, 用销钉定位, 获得了长为600 mm、像元为69 000个的超长焦平面。然后, 对完成拼接的焦平面组件进行了高低温循环试验、热真空试验和振动试验。实验结果表明, 焦平面组件的结构设计和材料选取满足力学/热学要求。对完成拼接的600 mm长焦平面组件进行了TDICCD拼接精度的检测, 检测结果显示拼接误差小于3 μm。将该超长焦平面组件用于遥感相机, 通过成像实验获得了清晰的无缝宽幅图像。上述结果证明600 mm长焦平面组件满足空间宽幅相机的应用需求。

时间延迟积分(TDI)CCD焦平面组件是空间相机的重要组成部分，主要完成光电转换，输出模拟CCD视频信号，是影响相机成像质量高低的关键部件之一。现有TDI CCD的像素数量有限，不能满足大视场、宽覆盖的要求，需要对CCD进行拼接。从结构和热控两方面入手针对空间相机高速TDI CCD焦平面组件开展了设计工作，分析了影响拼接精度的因素，针对相机恶劣的发射条件和苛刻的在轨工作温度，设计了特殊的拼接结构来保证TDI CCD拼接精度。开展了动力学环境实验和热真空环境实验来验证拼接结构的可靠性，结果表明：焦平面组件完全能够克服相机力学环境，保证TDI CCD的拼接精度；在热真空实验中，TDI CCD器件在1.5 min工作时间内最高温度为30 ℃，CCD能够正常工作。动力学环境实验和热真空实验后对TDI CCD的拼接精度进行了检测，得到TDI CCD拼接的直线性精度3.5 μm，搭接精度4 μm，两行 TDI CCD平行精度3.5 μm，4片TDI CCD共面精度5 μm，拼接精度完全满足光学设计要求。外场成像实验得到的清晰图像进一步验证了焦平面组件设计的合理性和可行性，实现了TDI CCD的高精度拼接。

大视场相机焦平面通常由多个线列探测器交错拼接而成。为保证相机在对地成像中不出现漏缝，提出一种相邻探测器重叠像元数计算方法。通过坐标变换法建立空间相机对地成像模型，分析了漏缝产生的原因。分析了像点在前后两行探测器上沿线列方向的相对位移情况，并利用蒙特卡罗法分析轨道、姿态扰动以及目标高程等因素对像点相对位移计算结果的影响，像点位移计算结果的最小值即为相邻探测器最小重叠像元数，依此给出了相邻探测器的重叠像元数计算模型。将该方法应用于某红外相机焦平面的设计，根据该方法确定了各相邻探测器的重叠像元数，并通过红外遥感图像的匹配实验验证了该方法的正确性。

对航空 CCD相机机械拼接焦面搭接区域内由于 2个 CCD像移量不同导致的像点错位问题进行了分析。首先, 根据航空中心投影成像的几何关系, 给出了正直摄影时地面起伏导致的搭接区相对像移量, 然后, 由共线方程出发, 建立了搭接区相对像移量的数学模型, 分析了载机姿态、地面起伏、 CCD拼接距离等因素对搭接区相对像移量的影响。最后, 根据建立的数学模型及工程应用实例选取了补偿载机姿态变化的稳定平台, 并给出了搭接区相对像移量的数值分析结果。本文建立的搭接区数学模型对采用机械拼接方案的航空相机具有一定的工程和应用意义。

针对采用焦平面CCD交错拼接方式的测绘相机会由于存在交会角而产生视场拼接漏缝问题, 本文在考虑交会角和相机无侧摆的前提下提出了一种焦平面CCD重叠像元数算法。首先, 根据测绘相机成像原理建立了前视相机成像模型, 分析了产生视场漏缝的原因。接着, 推导出在CCD数量为奇数和偶数两种不同拼接形式下的地面视场重叠及漏缝大小的数学表达式, 进而得到了不产生漏缝时CCD片间最小重叠像元数计算公式, 并对误差进行了分析。最后, 将该算法应用于工程算例, 并对比了地球曲率对计算结果的影响。通过算例得到了各CCD片间视场漏缝及最小重叠像元数, 其最大值分别为1 141.491 μm, 115个。应用本文方法可以近似计算应用交错拼接法的测绘相机焦平面前后排CCD的最小重叠像元数, 误差小于1 pixel。

随着技术的不断进步，遥感相机也向着宽谱段、大覆盖范围的方向发展。由于现 有CCD的像元数有限，不能满足覆盖大视场的要求，需要对其进行拼接。通过分析现有拼接技术 的优缺点，本文设计了一种不同于传统机械拼接与光学拼接的交错式机械拼接方法，并针对某可见、近红外 宽谱段相机采用两片TDICCD进行了交错式机械拼接实验。实验结果表明，该方法的搭接误差小于2 m，平行误 差小于3 m，共面误差小于6 m，满足相机的成像要求，并可在相机焦平面拼接的研究与实 践中推广使用

大视场高分辨力成像是遥感器发展的一个重要方向,成像焦面长度也越来越大,时间延时积分型电荷耦合器件(TDICCD)以良好的成像性能在遥感器上得到广泛的应用,对TDICCD探测器拼接以获得大焦面就变得越来越重要。一般光学拼接方法长度受到材料和胶合制约,且引入色差,而直接拼接方法有成像缺陷,为此提出了可消除这些缺陷的TDICCD机械交错拼接的新方法。在长工作距显微镜光学放大,电十丝校准,精密负压吸附气浮导轨和精密滑台移动定位的拼接装置上,对空间上相互错开的两行TDICCD用机械微调的方法实现了400 mm长的焦平面上TDICCD间的位置拼接精度2.9 μm,保证了成像时各片TDICCD间精确的位置关系,通过电子学对接的图像移位处理方法,达到了无缝的成像效果。