[发明专利]双CCD图像拼接探测器的光学成像拼接装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电侦察和光电跟踪系统用的CCD探测器，尤其涉及一种双CCD图像拼接探测器的光学成像拼接装置。

背景技术

光电侦察和跟踪系统具有目标探测能力强，跟踪测量精度高，抗电磁干扰能力强，隐蔽性强，保密性好等优点，在现代战争所使用的武器系统中占有重要的地位。

CCD探测器具有体积、重量以及成本优势，因此成为大部分光电系统常选用的传感器之一。CCD探测器作为光电侦察探测系统的必要组成部分，通常用于对目标的跟踪和监测其它跟踪系统的工作状态。一般由一个CCD(电荷耦合器件)和光学系统构成。不同的光学系统可以满足CCD探测器所需的不同视场和分辨率要求。对于一个具体的光学系统而言，其满足大视场要求时分辨率就会降低，而满足高分辨率要求时只能减小视场。为了扩大CCD探测器的视场而又不降低分辨率，通常用两个CCD分别接收同一光学视场的两个1/2的光学图像，一般采用半透半反分光棱镜将经过物镜组的目标成像光束分为两路，其中一路成像光束的一半聚焦在一个CCD的靶面上，另一路成像光束的一半聚焦在另一个CCD的靶面上，然后，通过相应的电路将两幅CCD图像合成一帧完整的目标图像，这类系统一般称为双CCD图像拼接探测器。由于这类探测器的目标图像是由两个CCD各接收的1/2光学成像拼接而成的，最终的图像质量如何，与两幅图像的对接精度即两个CCD的靶面位置精度有很大关系。为了得到高质量的拼接图像效果，通常要求两个CCD靶面拼接处边沿像素的对齐精度小于0.3个像素。由于CCD像素尺寸在0.0074mm左右，也就是说，要求两个CCD图像拼接边沿像素的对齐精度要小于0.0024mm，而采用常规的装调工艺是很难实现这一指标要求的。为此，大多数双CCD图像拼接探测器采用后期的图像处理来解决拼接边沿像素的精确拼接问题，当两个CCD拼接的边沿像元的高低错位、水平重叠或分离较大时，通过图像处理方式使两个拼接的CCD图像对齐不仅会牺牲部分CCD的有效像素，而且高低对齐无法保证小于一个电视扫描行的对齐精度，水平对齐无法保证小于一个像素的对齐精度。事实上，当两个CCD拼接的边沿像元的高低错位大于一个电视扫描行、水平重叠或分离大于一个像素时会影响双CCD拼接图像的观察效果以及实际跟综中的电路处理效果。因此，用图像处理方式是无法保证高质量的图像拼接效果。

中国期刊《光子学报》第31卷第6期刊登了一篇题为“亚像元线阵CCD焦平面的光学拼接”的论文。在该论文中介绍了一种用机械方式实现双CCD图像拼接探测器的图像拼接边沿像素精确对齐的方法以及实施光学图像精确对齐的专用调整装置。该方法将第一片CCD安装到分光棱镜框的一个固定架上，将第二片CCD安装到分光棱镜框上带两组微型精密导向的差动微调机构的固定架上，差动微调机构采用两种螺距差实现旋转时轴向的微量移动，从而实现CCD靶面0.001mm移动量控制。专用调整装置由改装的工具显微镜和高精度的万能工具显微镜的移动平台组成，可以检测CCD靶面的精确位置(精度可以达到0.001mm)。所实施的拼接方法是，将装两片CCD的分光棱镜框放在专用调整装置的转台上，观察和测量第二片CCD靶面边沿像素相对第一片CCD靶面边沿像素的位置对齐，并将测量数据送入计算机，计算机对数据处理后的图像给出对齐误差，调试人员据此重复调整差动微调机构，直到第二片CCD靶面边沿像素相对第一片CCD靶面边沿像素的位置满足拼接精度为止。这种给其中一片CCD安装微调机构的方法不用后期的图像处理，就能够使目标图像实现很高的拼接精度，并能解决图像处理方式拼接方式的缺陷，但该方法存在的主要问题是调整机构复杂，加工精度要求高，调整过程复杂、难度大、消耗时间长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为光电探测及跟踪系统用的双CCD图像拼接探测器提供一种自带光学精密调整机构且易于实现拼接调整的光学成像拼接装置。