[發明專利]反射鏡二次指向實現面陣拼接探測器大區域覆蓋方法

無效

• 申請號: 201010165234.3
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101840005A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 陳凡勝;孫勝利;于清華;李曉平;雍朝良;劉輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01V8/10
• 分類號: G01V8/10;G02B27/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及光電儀器技術，具體指一種基于兩側無非感光邊緣的CCD或CMOS探測器拼接結合小反射鏡像方二次指向實現面陣拼接探測器大區域覆蓋成像的方法。

背景技術

目前，在空間遙感領域，在靜止軌道實現高時間分辨率和高空間分辨率需要具有超大規模面陣探測器，例如：靜止軌道實現3000Km*3000Km區域的覆蓋，100m的星下點分辨率，則采用面陣探測器凝視，探測器的規模需要30000像元*30000像元。以目前的探測器制造能力，無論是可見探測器還是紅外探測器，均很難達到如此大規模像素的集成能力。因此，基于小面陣探測器拼接的成像方法成為解決高空間分辨、寬覆蓋探測的空間遙感相機的方法之一，而由于拼接的面陣探測器之間存在不感光的空隙，一種好的工作模式是至關重要的。

發明內容：

本發明提供一種反射鏡二次指向實現面陣拼接探測器大區域覆蓋方法，解決現有技術中存在的物方指向鏡過大、精度要求過高的問題，以及采用像方小步進指向鏡成像所導致的像質下降的問題。

本發明的光學系統結構如附圖2所示，光學系統是一個大視場、長焦距、大像面長工作距的光學系統，在光學系統的像方光路上放置一個180度旋轉指向鏡，通過所述的180度旋轉指向鏡將光學系統所成的像反射投影在位于指向鏡左右兩個方位上的二個探測器組上。指向鏡通過二次指向分時在探測器組上成像。

所述的探測器組的結構如圖1所示，每個探測器組由多個面陣探測器拼接而成，探測器組采用多行拼接方式。探測器橫向像元數為m，列向像元數為n，像元尺寸為d?um×d?um，則其橫向長度a1與列向高度a2為：

a1＝m×d??????????????(1)

a2＝n×d??????????????(2)

圖1中所示多個探測器拼接后的探測器組相鄰感光像元間距橫向(x座標方向)為b1，列向(y座標方向)間距為b2。探測器采用兩側無非感光邊緣的CCD或CMOS探測器，間距尺寸滿足：

b1＜50um；

b2＜a2；

b1由拼接工藝決定，b2的具體取值由指向精度和圖像幾何配準所需的圖像搭接大小決定，一般設置為20行(列)像元，即：

a2-b2＝20×d??????????(3)

整個系統共采用2個面陣探測器拼接組件。探測器組的放置方式鏡像到同一平面后如圖3所示。

系統成像的工作方式如下：

1)首先T0時刻像方180度指向鏡指向探測器組1，探測器組1開始進行積分，T0+Tint時刻，指向鏡指向探測器組2，同時探測器組1上的各面陣探測器同時開始讀取；

2)T0+Tint+Tmove時刻探測器組2開始積分，T0+2×Tint+Tmove時刻，指向鏡開始指向探測器組1，同時探測器組2上的各面陣探測器同時開始讀取；T0+2×Tint+2×Tmove時刻探測器組1開始積分，完成一次成像循環；

3)一個循環成像后，2個探測器組成像后的圖像通過幾何配準后可得到全區域圖像。

本發明的優點在于系統不需要大口徑的指向鏡以及大面陣的探測器就可以實現大區域覆蓋成像。

附圖說明：

圖1面陣探測器組拼接結構圖。

圖2光學系統結構示意圖。

圖3探測器組空間位置示意圖。

具體實施方式為：

常規的遙感相機通過物方指向鏡進行高精度一維或二維步進，實現單個小面陣探測器或小面陣探測器陣列組件的大區域成像，對于高分辨率大幅寬相機，由于光學系統主鏡口徑已經很大，需要的指向鏡會非常大。本發明給出一種采用2個基于10240像元*10240像元面陣探測器拼接陣列組件與1個像方一維指向鏡，通過2次指向，實現40000像元*40000像元的大區域覆蓋。若將該相機放置在地球同步軌道，星下點分辨率為280m，可以實現地球圓盤的全局覆蓋。

1探測器的排列方式

面陣探測器采用品字形拼接(如圖1所示)，圖1中每個方框代表一個探測器感光面陣的尺寸，示例采用10240*10240元可見CCD探測器，像元尺寸為10um。因此，圖1中a1＝a2＝102.4mm，b1＝50um，b2＝100mm。系統共采用如圖1所示的2個面陣探測器拼接組件，圖3給出了2個探測器組的鏡像后關系。

2光學系統后光路設計

光學系統視場角為18°，焦距為1.26m，像面大小為0.4m，后工作距為900mm，所有光學鏡片后放置一個180度旋轉指向鏡，通過二次指向分時在圖2所示的探測器組上成像。

探測器的放置方式鏡像到同一平面后如圖3所示。