异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲发生器及探测器

技术领域

本发明涉及航天航空技术领域，尤其涉及异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲发生器及探测器。

背景技术

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，影响航空侦察的效果。飞机在前向飞行中，由于飞机自身的姿态调整或航空相机镜头俯仰角度的调整，使得航空相机处于斜视的工作状态。在靶面上它的特点是靶面上像素点的像移方向相同，但不同像素区域的像移量大小不同，这种像移被称为异速像移。航空相机进行斜视工作具有重要的技战术意义，所以异速像移在航空像移中占有重要位置。

针对异速像移补偿，工程中常用的方法是通过多片TDICCD进行拼接而成，针对不同组的TDICCD设置不同的行频，或者是降低积分级数这两种方法。降低TDICCD的积分级次可以增加相机的最大侧摆角度，但是降低积分级次会降低系统信噪比，而信噪比的大小则影响图像的清晰度和对比度所得图像存在欠曝光可能，无法得到令人满意的像质；另一种方法是分组分频控制来实现异速像移补偿的方法，国内的航空相机还不具备单片分频控制能力，这就需要采用小片的TDICCD进行拼接成像，然后对每片TDICCD进行分频控制，此时TDICCD的拼接精度也会影响像移速度的匹配误差，对系统的成像质量产生很大的影响。单纯靠调节积分级次或者分组分频控制策略都很难实现预定的成像质量要求，因此本申请提供一种支持异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲发生器及探测器来实现异速像移补偿，可以适应航空相机更大倾斜角度的成像要求。这种方法既保证了光学系统像面成像信噪比的要求，也同时降低由分片分组过多引起的电子线路和控制系统复杂的问题，采用这种方法可以解决大视场更大倾斜角度成像异速像移匹配问题，使得相机成像的地面覆盖宽度变宽，进而从一定程度上解决了分辨率与覆盖宽度之间的矛盾。

发明内容

基于此，本发明提出了异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲发生器及探测器，旨在解决大视场更大倾斜角度成像异速像移匹配问题。

第一方面，本发明提供了异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲发生器，包括：总线接口模块、分组计算模块、分组控制信号产生模块、频率计算模块、频率控制信号产生模块、TDI级数计算模块、TDI级数控制信号产生模块、水平时序信号产生模块、垂直时序信号产生模块、其他时序信号产生模块；

所述总线接口模块：用于与上位机进行通信，并接收上位机发送的任务参数；

所述分组计算模块：用于计算出组合TDICCD的分组数量；

所述分组控制信号产生模块：用于产生分组控制信号，并对TDICCD进行分组；

所述频率计算模块：根据所述分组计算模块计算的分组数量计算每组的行频；

所述频率控制信号产生模块：用于产生频率控制信号，并控制每组TDICCD以相同的速度进行电荷转移；

所述TDI级数计算模块：用于计算满足清晰成像的最低积分级次；

所述TDI级数控制信号产生模块：控制所述组合TDICCD的积分级次；

所述水平时序信号产生模块：用于产生所述组合TDICCD的水平转移驱动时序；

所述垂直时序信号产生模块：用于产生所述组合TDICCD的垂直转移驱动时序；

所述垂直时序信号产生模块：用于产生所述组合TDICCD工作需要的其他时序信号。

优选地是，所述总线接口模块与所述分组计算模块、所述频率计算模块、所述TDI级数计算模块、所述水平时序信号产生模块、所述垂直时序信号产生模块及其他时序信号产生模块连接；所述分组计算模块与所述分组控制信号产生模块和所述频率计算模块连接；所述频率计算模块与所述频率控制信号产生模块连接；所述TDI级数计算模块与所述TDI级数控制信号产生模块连接。

优选地是，所述航空相机时序脉冲发生器利用FPGA开发板开发，模块化设计。

第二方面，本发明还提供了异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲探测器，所述探测器由多片TDICCD顺序排列拼接组成，所述TDICCD尺寸为96*4096，积分级数为96级，像元尺寸是8.75um；通过每片TDICCD设置不同的行频控制电荷转移速率。

优选地是，所述探测器还包括分组控制模块、频率控制模块、TDI级数控制模块；

所述TDICCD分别与所述分组控制模块、所述频率控制模块、所述TDI级数控制模块连接。

本发明的异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲发生器及探测器，相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本申请通过将多片TDICCD拼接起来，在调整TDICCD的积分级次的同时选取合适的分频策略，这样既考虑了图像的清晰度和和对比度的要求，同时也降低了后续图像拼接匹配处理的难度；

(2)本申请首先确定实现清晰图像的积分级次范围，然后对积分级次分为内的最低积分级次进行判断，看此时成像质量是否能满足要求，如果不满足要求则进行CCD分频控制。这样采用积分级次调整和分频控制相结合的策略可以使控制电路的复杂性大大降低，进而完成大倾斜角度全视场清晰成像任务。

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为本申请实施例1的异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲发生器的结构示意图；

图2为本申请实施例1的航空多异速像移示意图及靶面异速像移示意图；

图3为本申请实施例2的异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲探测器的结构示意图。

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。

实施例1

请参阅图1，为本申请实施例1的异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲发生器的结构示意图；具体包括下述内容：

包括：总线接口模块、分组计算模块、分组控制信号产生模块、频率计算模块、频率控制信号产生模块、TDI级数计算模块、TDI级数控制信号产生模块、水平时序信号产生模块、垂直时序信号产生模块、其他时序信号产生模块；

所述总线接口模块：用于与上位机进行通信，并接收上位机发送的任务参数；

所述分组计算模块：用于计算出组合TDICCD的分组数量；

所述分组控制信号产生模块：用于产生分组控制信号，并对TDICCD进行分组；

所述频率计算模块：根据所述分组计算模块计算的分组数量计算每组的行频；

所述频率控制信号产生模块：用于产生频率控制信号，并控制每组TDICCD以相同的速度进行电荷转移；

所述TDI级数计算模块：用于计算满足清晰成像的最低积分级次；

所述TDI级数控制信号产生模块：控制所述组合TDICCD的积分级次；

所述水平时序信号产生模块：用于产生所述组合TDICCD的水平转移驱动时序；

所述垂直时序信号产生模块：用于产生所述组合TDICCD的垂直转移驱动时序；

所述垂直时序信号产生模块：用于产生所述组合TDICCD工作需要的其他时序信号。

在本实施例中，对上述模块的连接方式进行详细说明：

所述总线接口模块与所述分组计算模块、所述频率计算模块、所述TDI级数计算模块、所述水平时序信号产生模块、所述垂直时序信号产生模块及其他时序信号产生模块连接；所述分组计算模块与所述分组控制信号产生模块和所述频率计算模块连接；所述频率计算模块与所述频率控制信号产生模块连接；所述TDI级数计算模块与所述TDI级数控制信号产生模块连接。

对航空相机时序脉冲发生器的详细工作过程说明：

总线接口模块与上位机通过RS422总线进行通信，接收上位机发送的任务参数，具体包括：镜头焦距、工作模式、阵列大小、像素大小、飞行高度、飞行速度等，将这些参数进行整合与分发，分别传递至分组计算模块、频率计算模块、TDI级数计算模块；

分组计算模块计算出组合TDICCD的分组数量，将数据传输至分组控制信号产生模块，再由分组控制信号产生模块将产生的分组控制信号传输至分组控制模块，分组控制模块对TDICCD进行分组；

频率计算模块根据分组计算模块计算出的分组数再计算每组的行频，将行频信息传输至频率控制信号产生模块，频率控制信号产生模块将产生的频率控制信号传输至频率控制模块；

控制频率控制模块控制每组TDICCD以统一的速度进行电荷转移，每组TDICCD电荷转移速率是相同的，不同组的TDICCD的电荷转移速率是不同的；TDI级数计算模块计算满足清晰成像的最低积分级次，将信息传输至TDICCD级数控制信号产生模块；TDICCD级数控制信号产生模块控制整个组合TDICCD的积分级次，整个组合TDICCD的积分级次是相同的；

水平时序信号产生模块用于产生组合TDICCD的水平转移驱动时序；垂直时序信号产生模块用于产生组合TDICCD的垂直转移驱动时序；其他时序信号产生模块用于产生组合TDICCD工作所需的其他时序信号，例如：输出放大复位信号、相关双采样信号、模数转换信号。

所述航空相机时序脉冲发生器利用FPGA开发板开发，模块化设计。

请参阅图2，为本申请实施例1的航空多异速像移示意图及靶面异速像移示意图；以下进行详细说明。

对航空多异速像移示意图进行说明：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。高速低空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，影响航空侦察的效果。飞机在前向飞行中，由于飞机自身的姿态调整或航空相机镜头俯仰角度的调整，使得航空相机处于图2所示的斜视工作状态。

对靶面异速像移示意图进行说明，面阵CCD相机倾斜照相时，由于飞机倾斜时，在单幅地面区域内，近点目标在像面上的前向像移速度同远点的前向像移速度相比，方向相同，大小不等。将这种方向相等，大小不等的前向像移速度定义为异速像移。

综上所述，本申请实施例1通过在不额外增加系统硬件设备的前提下，采用异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲发生器，解决大视场更大倾斜角度成像异速像移匹配问题，使得相机成像的地面覆盖宽度变宽，进而从一定程度上解决了分辨率与覆盖宽度之间的矛盾。

实施例2

请参阅图3，为本申请实施例2的异速像移补偿功能的航空相机时序脉冲探测器的结构示意图；具体包括：

所述探测器由多片TDICCD顺序排列拼接组成，所述TDICCD尺寸为96*4096，积分级数为96级，像元尺寸是8.75um；通过每片TDICCD设置不同的行频控制电荷转移速率。

在本实施例中，每片TDICCD可以设置不同的行频用于控制电荷转移速率，每片TDICCD的电荷转移速率不同。

探测器还包括分组控制模块、频率控制模块、TDI级数控制模块；所述TDICCD分别与所述分组控制模块、所述频率控制模块、所述TDI级数控制模块连接；分组控制模块与发生器中分组控制信号产生模块连接，频率控制模块与发生器中频率控制信号产生模块连接，TDI级数控制模块与发生器中TDI级数控制信号产生模块连接。

综上所述，本申请实施例2通过将多片TDICCD拼接起来，在调整TDICCD的积分级次的同时选取合适的分频策略，这样既考虑了图像的清晰度和和对比度的要求，同时也降低了后续图像拼接匹配处理的难度。首先确定实现清晰图像的积分级次范围，然后对积分级次分为内的最低积分级次进行判断，看此时成像质量是否能满足要求，如果不满足要求则进行CCD分频控制。这样采用积分级次调整和分频控制相结合的策略可以使控制电路的复杂性大大降低，进而完成大倾斜角度全视场清晰成像任务。

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。