[发明专利]用于恒定足迹、恒定GSD、恒定空间分辨率线扫描仪的系统架构

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2013年7月8日提交的非临时申请序号 13/936,638、“SYSTEMARCHITECTUREFORACONSTANT FOOTPRINT,CONSTANTGSD,CONSTANTSPATIAL RESOLUTIONLINESCANNER”的优先权，该申请的公开内容通过 其整体引用而并入本文。

关于联邦政府资助的研究的声明

本文中描述的发明是在USAF合同号FA8803-13-C-0006下的工 作的执行中作出的。政府在本申请中具有某些权利。

技术领域

本发明总体涉及成像系统中的线扫描仪。更具体地，本发明涉及 被配置为当线扫描仪扫描物体的大的、非平坦的表面时提供恒定足迹 (footprint)、恒定地面采样距离(GSD)和恒定空间分辨率的线扫 描仪。

背景技术

图1A中描绘线扫描仪收集几何结构(collectiongeometry)的示 例。如所示的，成像系统10移动越过要被成像的表面，例如，成像 器可以是地球上方的机载或星载成像器。扫描机构横向于成像系统的 运动方向、越过表面扫描成像系统的有限视场(FOV)。当成像系 统在沿轨道方向(alongtrackdirection)12上向前移动时，扫描仪 继续在跨轨道方向(crosstrackdirection)上越过如扫描线13指示 的表面扫描FOV。扫描运动和仪器运动的组合允许成像系统观察和 测量比成像器的FOV大得多的地面轨道周围的区域。可以将扫描线 拼凑在一起，以便获得表面的扩展图像(extensiveimage)。

图1B中示出线扫描仪的传统检测器阵列。如所示的，扫描仪包 括具有12个检测器元件的2x6检测器阵列。每个检测器元件被标示 为15。12个检测器元件以形成6行2列的矩形布置。包含线扫描仪 的平台在沿轨道方向上移动，同时FOV在跨轨道方向上被扫描。

在图2中描绘传统的线扫描成像系统架构。成像系统10包括扫 描仪21、成像光学器件22、检测器阵列23、电子模块24和数据处 理模块25。扫描仪21从一侧到另一侧扫描成像光学器件22的FOV。 在成像光学器件的焦平面处的检测器阵列23为阵列中的每个检测器 生成与场景辐射(sceneradiance)成比例的电信号。电子模块24将 检测器信号转换为然后可以由板上数据处理模块25处理的数字计数。 该数据然后可以经由通信链路(标示为28)传送至地面系统(总体 标示为29)，其中数据可以经受另一个数据处理器系统26的另外的 处理。在最终处理之后，图像27可以被形成以用于监视器或打印机 上的显示，或者可以被存储在存储器中以用于观看者后来的检索。

存在许多已被线扫描仪使用的不同的扫描仪架构。如图3中所示， 简单且紧凑(对于给定的入射光瞳尺寸)的线扫描仪是一个镜单轴扫 描仪。例示的扫描仪30包括安装在旋转轴32上的镜子31。旋转轴 或扫描仪轴32与车辆(vehicle)的标称速度矢量和望远镜光轴二者 (后者被标示为33)共线。扫描仪轴32和镜子31的表面的法线之 间的角度是45°。扫描仪轴以恒定速率旋转，形成绕扫描仪轴的旋转 角(后面被定义为θ_scan)。扫描仪还在跨轨道方向上越过地球表面扫 描望远镜的光学器件的FOV34。在跨轨道方向上扫描时，扫描仪移 动通过天底(nadir)和最大扫描角，后者在扫描结束(EOS)处形 成。通常，由于后面将解释的原因，仅对天底的56°内的扫描角收集 地球表面数据。

传统的图像扫描仪遭受三个主要缺点，即，(a)在扫描期间由 于当扫描仪轴旋转时镜子的表面上的入射角对于离轴光学射线改变而 导致的不想要的图像旋转，(b)大的产生的足迹(其为检测器的瞬 时FOV到地面上的投影)和与增大的扫描角对应的降低的空间分辨 率，以及(c)地面采样距离(GSD)随增大的扫描角而变得更大。 这些将在下面进行解释。