[发明专利]利用折返系统次镜旋转进行二维像移补偿的方法

说明书

技术领域

本发明属于光学系统设计及应用技术领域，涉及一种像移补偿方法，尤其涉及一种利用折返系统次镜旋转进行二维像移补偿的方法。 

背景技术

随着航空摄影技术的不断发展，对航空摄影相机的要求越来越高，要求航空摄影相机具有在更快的飞行速度下，获取大幅面清晰图像的能力。航空相机进行空中拍照时，由于目标相对于相机的运动，影像在探测器像面上也是移动的，因此会产生像移。像移使目标在探测器上所成的像变得模糊，当像移量超过一定程度时，将不能得到高分辨率的图像。引起相机像移的主要因素有飞行速度、飞行高度、系统焦距、飞行平台的姿态变化、飞机的振动等。通常，相机拍摄的单幅图像宽度受到光学系统焦距及探测器尺寸等因素的制约，视场角、焦距及靶面间的关系如公式（1）所示，为了获得高分辨率的图像，要求光学系统的焦距要足够长，在探测器尺寸一定的情况下，相机拍摄的单幅图像宽度会减小，为了获取大幅面宽度的图像，通常采取的办法在飞机飞行的同时，将相机进行摆扫，此时，相机除了由飞机飞行引起的前向像移外，还存在摆扫像移。 

2θ=arctany2f---(1)]]>

式中：θ是系统水平半视场角；y是探测器水平宽度；f是光学系统焦距。 

前向像移及扫描像移均属于运动像移，前向像移大小主要和速高比、焦距、及曝光时间有关，其关系由下式决： 

其中：S_前向是前向像移量；T_爆光是曝光时间；υ是飞行速度；f′是光学镜头焦距；H是飞行高度。 

扫描像移的大小和相机摆扫速度、系统焦距及曝光时间有关，其关系如公式（3）所示。 

S_扫描＝f′tan(ω·T_爆光)   (3) 

其中：S_扫描是扫描像移量；f′是光学镜头焦距；ω是摆扫角速度；T_爆光是曝光时间。 

综合前向像移及运动像移的总像移效果如图1所示，图中前向像移矢量和摆扫像移矢量的长短取决于前向像移量和摆扫像移量的大小，当总的像移量超过相应阈值时，成像模糊度将严重下降，无法获取满意的图像。 

光学二维像移补偿通常需要在光学系统前端或后端增加平面反射镜进行控制，使其进行二维旋转来补偿前向像移和摆扫像移，在光学系统前部加平面反射镜的弊端是反射镜过大，控制电机需要的功率及尺寸相应增大，导致系统整体尺寸及重量大幅增加。系统后端增加反射镜通常需要后截距较长，对光学系统设计难度增大，上述两种方法均需要在设计好的光学系统上增加光学元件来实现。 

发明目的 

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可使航空相机满足高分辨以及大幅面宽度同时获取清晰图像的利用折返系统次镜旋转进行二维像移补偿的方法。 

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种利用折返系统次镜旋转进行二维像移补偿的方法，其特殊之处在于：所述利用折返系统次镜旋转进行二维像移补偿的方法包括以下步骤： 

1）在相机进行航空拍照时，分别获取前向像移量及摆扫像移量； 

2）根据步骤1）所得到的前向像移量和光学系统的参数计算光学系统中次镜需要绕X轴转动的角度； 

以及，根据步骤1）所得到的摆扫像移量和光学系统的参数计算光学系统中次镜需要绕Y轴转动的角度； 

所述X轴是垂直于光学系统光轴的平面的水平方向；所述Y轴是垂直于光学系统光轴的平面的垂直方向； 

3）根据步骤2）所得到的次镜需要绕X轴以及Y轴转动的角度对光学系统中的次镜进行旋转控制，补偿像移。 

上述步骤1）中前向像移量的获取方式是： 

其中： 

S_前向是前向像移量； 

T_爆光是曝光时间； 

u是飞行速度； 

f′是光学镜头焦距； 

H是飞行高度。 

上述步骤1）中摆扫像移量的获取方式是：