[发明专利]基于光纤陀螺颤振测量的空间相机图像稳定方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术中光纤传感的领域，尤其涉及一种基于光纤陀螺颤振测量的空间相机图像稳定方法。

背景技术

对于空间相机TDICCD，其正常工作的基本前提是光生电荷包的转移与焦面上图像的运动保持同步，任何的误匹配都将导致图像模糊。而颤振会导致相机在积分成像过程中产生图像像移，破坏其与光生电荷包运动的同步性，影响相机的成像质量，造成空间相机分辨率下降及卫星系统效能下降。

光学卫星平台及相机颤振的高速高精度测量通常采用通过主成像光学系统的图像相关方法来实现，这种方法依附于主成像光学系统，设计上具有局限性。一些机械陀螺的测角精度虽然相当高，但是，在一些应用场合，有一些不能容忍的缺点：难以制造，价格昂贵，重量、功耗大等，抗振、抗冲击能力弱，由于机械部件多，因而可靠性低，难以维护。因此迫切需要一种新的颤振探测方法来解决空间相机的大带宽、高数据更新速率、高精度的颤振测量问题，以实现空间相机图像的实时精确补偿。

发明内容

本发明的目的是针对目前用于空间相机颤振测量和图像补偿方法的局限性，提供一种基于光纤陀螺颤振测量的空间相机图像稳定方法。

基于光纤陀螺颤振测量的空间相机图像稳定方法的步骤如下：

1）通过时标同步器使光纤陀螺和空间相机同时开始工作，将空间相机拍摄周期                                                细分为若干个光纤陀螺测量周期，即=n，拍摄周期开始，与此同时进行光纤陀螺的测量周期，简称测量周期，时标同步器可为带定时器的dsp芯片，通过通用I/O口输出时标控制信号，时标同步器主要作用是统一光纤陀螺和空间相机的时序，保证正常的工作时序；

2）在空间相机拍摄周期内第k个测量周期开始时向光纤陀螺发送测量指令并向空间相机发送拍摄指令，；

3）在第k个测量周期结束时获取光纤陀螺的测量输出，通过颤振信息处理器对光纤陀螺输出角速度测量值积分得到测量周期内的角增量，对前k个测量周期内得到的角增量积分得到该测量周期末光纤陀螺相对于拍摄周期开始时的总角增量，即为此时相机像面相对于拍摄开始时的角偏移，颤振信息处理器的功能可通过dsp编程实现；

4）根据空间相机颤振轴的位置和角偏移计算相机成像的像面偏移，如若空间相机颤振轴与成像面距离为，则像面偏移量为；

5）在第k个测量周期结束时获取空间相机的成像信息即CCD阵列的电荷分布同时将空间相机CCD复位；

6）采用图像补偿器对图像进行补偿，通过dsp实现，根据像面偏移量对像面信息进行电荷移位，移位方向由空间相机的物象关系确定，若成倒像，则移位方向与空间相机颤振轴转向一致，反之亦然，移位后超出CCD阵列的部分舍弃，CCD阵列中空出的部分以零值补，由此得到第k个测量周期的修正像面信息，第k个测量周期结束，n个测量周期结束后，对n个测量周期内得到的n个修正像面信息进行累加得到一个拍摄周期的成像信息，即为经过颤振补偿后的稳定图像，该拍摄周期结束。

本发明充分利用了光纤陀螺大带宽、高数据更新速率、高精度的特点，对空间相机颤振进行测量并对相机颤振图像进行补偿，实现空间相机的稳定成像。

附图说明

图1是基于光纤陀螺颤振测量的空间相机图像稳定系统结构示意图；

图2是光纤陀螺结构示意图；

图3是电荷移位补偿算法原理示意图。

具体实施方式

光纤陀螺可以测量物体的角速度，对光纤陀螺测得的角速度作时间积分可以得到角位移，分析测得的角位移即可得到颤振的信息。光纤陀螺测量角位移的原理式如式（1）所示：

               （1）

其中，为第n个点的角速率；

         为从开始到第i个采样点处的角增量，i的取值为1到实际采样点数；

            为采样的时间间隔。

       基于光纤陀螺颤振测量的空间相机图像稳定系统包括时标同步器、颤振测量装置和图像补偿系统三部分。

       时标同步器采用dsp实现，在测量周期开始时向光纤陀螺发送测量指令和并向空间相机发送拍摄，在测量周期结束时向光纤陀螺发送测量结束指令获取光纤陀螺输出和并向空间相机发送指令获取空间相机的CCD成像信息并将CCD复位，在拍摄周期结束时向图像补偿器发送图像补偿指令进行图像补偿。