CN116074611B - 一种支持异速像移补偿功能航空侦察相机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其中，机载管理系统、操控台模块、航空相机控制器依次连接，航空相机控制器分别连接异速像移补偿时序驱动与控制模块、调焦控制器、调光控制器、快门控制器，异速像移补偿时序驱动与控制模块、镜头、光阑、快门分别连接支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器，相机电源、支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器、图像存储器、接口模块、机载数据记录系统、机载数据显示系统依次连接，支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块与支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器连接，POS模块分别连接于航空相机控制器和时统模块，时统模块还连接于快门控制器。实现了异速像移补偿，且降低了成像系统的质量、体积、功耗、成本。

Description

一种支持异速像移补偿功能航空侦察相机

技术领域

本申请属于航天航空技术领域，特别涉及一种支持异速像移补偿功能航空侦察相机。

背景技术

在侦察过程中，侦察机为躲避敌方雷达的监视，需要做高速低空飞行。低空高速飞行大大提高飞机自身的战场生存能力和纵深侦察监视能力，但这时航空成像的靶面上会出现严重像移，导致航空成像模糊，像移的存在极大的影响了相机成像质量，使航摄图像的分辨率明显下降。当存在像移时拍摄到的目标轮廓不清晰，目标和周围背景间存在着或大或小的过渡区，它随像移的增大而扩大，当过渡区到达一定程度时就会导致相邻两目标的成像互相交叠甚至不能分辨。飞机在前向飞行中，由于飞机自身的姿态调整(如侧身飞行)或航空相机镜头俯仰角度的调整，使得航空相机处于图1所示的斜视工作状态。在靶面上的示意图如图2所示，它的特点是靶面上像素点的像移方向相同，但不同像素区域的像移量大小不同，这种像移被称为异速像移。航空相机进行斜视工作具有重要的技战术意义，所以异速像移在航空像移中占有重要位置。

在数字化大环境的推动下，摄影测量数字化正在迅猛发展，航空摄影数字化由于大规模CCD器件、高动态定位和定姿技术的发展，加上数字航空相机自身的优点，高分辨率数字航空相机毫无疑问将逐步取代胶片作为载体的航空相机。航空数码相机在军用和民用领域都有着重要的用途和广阔的应用前景。

随着对光学成像遥感器观测能力和功能等方面的要求不断提高，航空航天相机的发展趋势主要有以下几个方面：

分辨力提高：为了能获取清晰的图像以得到更加准确、详细的信息，光学成像遥感器经历了由普查到详查的发展过程，地面分辨力逐步提高，以适应军事观测等需要。同时，因为需要及应用场合的不同，普查和详查同时存在；

视场角增大：为提高观测效率，扩大地面覆盖面积，现在的光学成像遥感器的视场角也做得尽量大；

大相对孔径：镜头的相对孔径与光学成像遥感器的摄影分辨力和曝光量有

关，相对孔径越大，镜头分辨力越高，同时像面照度也越大，曝光时间可以缩短，可降低对像移补偿系统的要求；

小型化及轻量化：由于小卫星的发展，光学成像遥感器的小型化也受到高度重视，这种光学成像遥感器具有体积小、重量轻、生产周期短、运载费用低、任务项目相对较少、操作方便、简单、可靠等优点。

航空相机异速像移补偿方法是利用机械、光学、图像、电子式像移补偿方法，机械光学补偿系统会大幅增加航空相机的重量及体积，图象式像移补偿方法是一种事后补偿方法，无法具有实时性。

发明内容

鉴于此，有必要针对现有技术存在的问题，提供一种在不额外增加系统硬件设备的前提下，可实现航空异速像移补偿，且能够降低成像系统质量、体积、功耗、成本的一种支持异速像移补偿功能航空侦察相机。

为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

本申请实施例提供一种支持异速像移补偿功能航空侦察相机，包括：机载管理系统、操控台模块、航空相机控制器、异速像移补偿时序驱动与控制模块、调焦控制器、调光控制器、快门控制器、POS模块、时统模块、相机电源、支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器、支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块、图像存储器、接口模块、机载数据记录系统、机载数据显示系统，以及分别与所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器连接的镜头、光阑、快门，所述机载管理系统、所述操控台模块、所述航空相机控制器依次连接，所述航空相机控制器分别连接所述异速像移补偿时序驱动与控制模块、所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器，所述异速像移补偿时序驱动与控制模块、所述镜头、所述光阑、所述快门分别连接所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器，所述相机电源、所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器、所述图像存储器、所述接口模块、所述机载数据记录系统、所述机载数据显示系统依次连接，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块与所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器连接，所述POS模块分别连接于所述航空相机控制器和所述时统模块，所述时统模块还连接于所述快门控制器。

在一些实施例中，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器、所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器、所述镜头、所述光阑、所述快门组成相机分系统。

在一些实施例中，所述机载管理系统用于任务规划以及相机状态监控。

在一些实施例中，所述操控台模块用于采集本地操作指令或所述机载管理系统发送的工作指令并且向所述航空相机控制器发送工作指令和工作参数。

在一些实施例中，所述航空相机控制器用于接收所述操作台模块发送的工作指令及工作参数、采集所述POS模块采集的GPS数据，计算拍照周期，向相机分系统发送工作指令并向所述异速像移补偿时序驱动与控制模块发送时序控制指令。

在一些实施例中，所述异速像移补偿时序驱动与控制模块产生异速像移补偿时刻的驱动时序，所述调焦控制器接收所述航空相机控制器产生的调焦信号控制所述镜头变焦，所述调光控制器接收所述航空相机控制器产生的调光信号控制所述光阑进光量，所述快门控制器接收航空相机控制器产生的快门控制信号控制所述快门进行曝光。

在一些实施例中，所述时统模块接收所述POS模块的GPS信息，将拍照间隔信息输送至所述快门控制器。

在一些实施例中，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块用于驱动所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器工作。

在一些实施例中，所述图像存储器用于将所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器产生的图像进行临时存储、打包；所述接口模块用于将所述图像存储器存储的数据进行输出并产生可视化图像；所述机载数据记录系统用于记录数据及可视化图像；所述机载数据显示系统用于显示可视化图像供用户浏览、观看。

在一些实施例中，所述机载管理系统由高性能工控机开发，所述操控台模块由嵌入式微型计算机开发，所述航空相机控制器由单片机开发，所述POS模块利用DSP开发，所述时统模块用单片机开发，所述异速像移补偿时序驱动与控制模块利用FPGA开发，所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器利用DSP开发，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器为专用一体化设备，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块为一体化驱动模块，所述图像存储器利用专用开发板开发，所述接口模块利用专用芯片开发，所述机载数据记录系统利用专用开发板开发，所述机载数据显示系统利用高性能工控机开发。

本申请采用上述技术方案具备下述效果：

本申请的一种支持异速像移补偿功能航空侦察相机，包括：机载管理系统、操控台模块、航空相机控制器、异速像移补偿时序驱动与控制模块、调焦控制器、调光控制器、快门控制器、POS模块、时统模块、相机电源、支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器、支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块、图像存储器、接口模块、机载数据记录系统、机载数据显示系统，以及分别与所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器连接的镜头、光阑、快门，所述机载管理系统、所述操控台模块、所述航空相机控制器依次连接，所述航空相机控制器分别连接所述异速像移补偿时序驱动与控制模块、所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器，所述异速像移补偿时序驱动与控制模块、所述镜头、所述光阑、所述快门分别连接所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器，所述相机电源、所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器、所述图像存储器、所述接口模块、所述机载数据记录系统、所述机载数据显示系统依次连接，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块与所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器连接，所述POS模块分别连接于所述航空相机控制器和所述时统模块，所述时统模块还连接于所述快门控制器。本申请的支持异速像移补偿功能的侦察相机在不额外增加系统硬件设备的前提下，可实现航空异速像移补偿，且能够降低成像系统质量、体积、功耗、成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的航空异速像移原理示意图；

图2为本申请实施例提供的靶面上异速像移示意图；

图3为本申请实施例提供的支持异速像移补偿功能的侦察相机组成示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

异速像移产生的原因：

在侦察过程中，侦察机为躲避敌方雷达的监视，需要做高速低空飞行。高速低空飞行大大提高飞机自身的战场生存能力和纵深侦察监视能力，但这时航空成像的靶面上会出现严重像移，导致航空成像模糊，影响航空侦察的效果。

飞机在前向飞行中，由于飞机自身的姿态调整(如侧身飞行)或航空相机镜头俯仰角度的调整，使得航空相机处于图1所示的斜视工作状态。在靶面上的示意图如图1所示，面阵CCD相机倾斜照相时，由于飞机倾斜时，在单幅地面区域内，近点目标在像面上的前向像移速度同远点的前向像移速度相比，方向相同，大小不等。将这种方向相等，大小不等的前向像移速度定义为异速像移。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。

实施例1

如图3所示，本申请实施例提供一种支持异速像移补偿功能航空侦察相机，包括：机载管理系统11、操控台模块12、航空相机控制器13、异速像移补偿时序驱动与控制模块14、调焦控制器24、调光控制器25、快门控制器26、POS模块15、时统模块16、相机电源17、支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器18、支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块19、图像存储器20、接口模块21、机载数据记录系统22、机载数据显示系统23，以及分别与所述调焦控制器24、所述调光控制器25、所述快门控制器26连接的镜头27、光阑28、快门29，所述机载管理系统11、所述操控台模块12、所述航空相机控制器13依次连接，所述航空相机控制器13分别连接所述异速像移补偿时序驱动与控制模块14、所述调焦控制器24、所述调光控制器25、所述快门控制器26，所述异速像移补偿时序驱动与控制模块14、所述镜头27、所述光阑28、所述快门29分别连接所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器18，所述相机电源17、所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器18、所述图像存储器20、所述接口模块21、所述机载数据记录系统22、所述机载数据显示系统23依次连接，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块19与所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器18连接，所述POS模块15分别连接于所述航空相机控制器13和所述时统模块16，所述时统模块16还连接于所述快门控制器26。所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器18、所述调焦控制器24、所述调光控制器25、所述快门控制器26、所述镜头27、所述光阑28、所述快门29组成相机分系统。

具体的，所述机载管理系统11用于任务规划以及相机状态监控。所述操控台模块用于采集本地操作指令或所述机载管理系统11发送的工作指令并且向所述航空相机控制器发送工作指令和工作参数。

所述航空相机控制器通过RS232接口接收所述操作台模块发送的工作指令及工作参数、采集所述POS模块15采集的GPS数据，计算拍照周期，向相机分系统发送工作指令并向所述异速像移补偿时序驱动与控制模块14发送时序控制指令。需要说明的是，所述工作指令如拍照、调光、调焦、电源开、电源关指令，所述工作参数如相机焦距、相机高度、相机速度，采集所述POS模块15采集的GPS数据如经度、纬度、高度。

所述异速像移补偿时序驱动与控制模块14产生异速像移补偿时刻的驱动时序，所述调焦控制器24通过RS232接口接收所述航空相机控制器13产生的调焦信号控制所述镜头27变焦，所述调光控制器25通过RS232接口接收所述航空相机控制器13产生的调光信号控制所述光阑28进光量，所述快门控制器26通过RS232接口接收航空相机控制器13产生的快门29控制信号控制所述快门29进行曝光。

所述时统模块16接收所述POS模块15的GPS信息，将拍照间隔信息输送至所述快门控制器26。

所述相机电源17用于给所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器18进行供电，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块19用于驱动所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器18工作。

所述图像存储器20用于将所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器18产生的图像进行临时存储、打包；所述接口模块21用于将所述图像存储器20存储的数据通过Cameralink接口进行输出并产生可视化图像；所述机载数据记录系统22用于记录数据及可视化图像；所述机载数据显示系统23用于显示可视化图像供用户浏览、观看。

在一些实施例中，所述机载管理系统11由高性能工控机开发，高性能工控机为研华工控机。所述操控台模块12由嵌入式微型计算机PC104微型计算机系统开发，所述航空相机控制器13由单片机开发，所述POS模块15利用DSP开发，所述时统模块16用单片机P89LV51RD2开发，所述异速像移补偿时序驱动与控制模块14利用FPGA芯片XC95144XL开发，所述调焦控制器24、所述调光控制器25、所述快门控制器26利用DSP芯片TMS320F28335开发，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器为专用一体化设备，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块19为一体化驱动模块，所述图像存储器20利用专用开发板JetsonTX2开发，所述接口模块21利用专用芯片DS90CR287开发，所述机载数据记录系统22利用专用开发板JetsonAGX开发，所述机载数据显示系统23利用高性能工控机：包括高性能计算机、Cameralink采集卡、上位机软件VS2010开发。所述镜头27为光学镜头，所述快门29为机械快门，所述光阑28为光学元器件。

本申请的支持异速像移补偿功能的侦察相机在不额外增加系统硬件设备的前提下，可实现航空异速像移补偿，且能够降低成像系统质量、体积、功耗、成本。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，包括：机载管理系统、操控台模块、航空相机控制器、异速像移补偿时序驱动与控制模块、调焦控制器、调光控制器、快门控制器、POS模块、时统模块、相机电源、支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器、支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块、图像存储器、接口模块、机载数据记录系统、机载数据显示系统，以及分别与所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器连接的镜头、光阑、快门，所述机载管理系统、所述操控台模块、所述航空相机控制器依次连接，所述航空相机控制器分别连接所述异速像移补偿时序驱动与控制模块、所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器，所述异速像移补偿时序驱动与控制模块、所述镜头、所述光阑、所述快门分别连接所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器，所述相机电源、所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器、所述图像存储器、所述接口模块、所述机载数据记录系统、所述机载数据显示系统依次连接，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块与所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器连接，所述POS模块分别连接于所述航空相机控制器和所述时统模块，所述时统模块还连接于所述快门控制器。

2.根据权利要求1所述的支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器、所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器、所述镜头、所述光阑、所述快门组成相机分系统。

3.根据权利要求2所述的支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，所述机载管理系统用于任务规划以及相机状态监控。

4.根据权利要求3所述的支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，所述操控台模块用于采集本地操作指令或所述机载管理系统发送的工作指令并向所述航空相机控制器发送工作指令和工作参数。

5.根据权利要求4所述的支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，所述航空相机控制器用于接收所述操作台模块发送的工作指令及工作参数、采集所述POS模块采集的GPS数据，计算拍照周期，向相机分系统发送工作指令并向所述异速像移补偿时序驱动与控制模块发送时序控制指令。

6.根据权利要求1所述的支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，所述异速像移补偿时序驱动与控制模块产生异速像移补偿时刻的驱动时序，所述调焦控制器接收所述航空相机控制器产生的调焦信号控制所述镜头变焦，所述调光控制器接收所述航空相机控制器产生的调光信号控制所述光阑进光量，所述快门控制器接收航空相机控制器产生的快门控制信号控制所述快门进行曝光。

7.根据权利要求6所述的支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，所述时统模块接收所述POS模块的GPS信息，将拍照间隔信息输送至所述快门控制器。

8.根据权利要求1所述的支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块用于驱动所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器工作。

9.根据权利要求7所述的支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，所述图像存储器用于将所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器产生的图像进行临时存储、打包；所述接口模块用于将所述图像存储器存储的数据进行输出并产生可视化图像；所述机载数据记录系统用于记录数据及可视化图像；所述机载数据显示系统用于显示可视化图像供用户浏览、观看。

10.根据权利要求1所述的支持异速像移补偿功能航空侦察相机，其特征在于，所述机载管理系统由高性能工控机开发，所述操控台模块由嵌入式微型计算机开发，所述航空相机控制器由单片机开发，所述POS模块利用DSP开发，所述时统模块用单片机开发，所述异速像移补偿时序驱动与控制模块利用FPGA开发，所述调焦控制器、所述调光控制器、所述快门控制器利用DSP开发，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD探测器为专用一体化设备，所述支持异速像移补偿功能面阵CCD驱动模块为一体化驱动模块，所述图像存储器利用专用开发板开发，所述接口模块利用专用芯片开发，所述机载数据记录系统利用专用开发板开发，所述机载数据显示系统利用高性能工控机开发。