CCD拼接技术
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棱镜法面阵CCD垂直拼接的应用张继超;李延伟;张洪文【摘要】为了满足面阵CCD遥感器的宽覆盖要求,对现有的小面阵CCD进行拼接,得到较大的成像像面,实现大面阵成像.本文从某航空遥感器的具体要求出发,提出了一种利用棱镜分光对两片面阵CCD进行光学拼接的方法,阐述了光学拼接的原理和装调方法.该方法将两片CCD垂直固定在棱镜座上,利用显微镜观测像面,确定像面位置,两成像像面共面误差小于0.02mm.再利用后工作距离较长的工具显微镜观测面阵CCD边缘,旋转微调机构调整CCD的位置,使面阵CCD长边平齐,短边搭接8个像元.该方法的拼接精度达到平行误差小于0.009mm.结果表明:此种方法结构简单、容易实现、占用空间尺寸小、拼接精度高,能够满足遥感器的要求.【期刊名称】《长春理工大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2010(033)004【总页数】3页(P52-54)【关键词】面阵CCD;棱镜分光;光学拼接;垂直;拼接精度【作者】张继超;李延伟;张洪文【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】TH745随着光学技术与电子技术的飞速发展,遥感器也在快速的发展。
同时,对成像介质的要求也在不断的提高。
近些年,成像介质在不断的发展,由原来的胶片发展为线阵CCD,又由线阵CCD向面阵CCD发展,面阵CCD也由小面阵逐渐的向大面阵发展[1,2]。
但是由于现阶段技术的局限,大面阵CCD的生产还存在困难,即使生产出来价格也非常昂贵。
因此,利用多片面阵 CCD进行拼接代替单片的大面阵 CCD成为了遥感器研究的关键技术之一[3-5]。
本文从某型号航空遥感器的宽覆盖要求出发,利用两片成像靶面为5K×6K的面阵CCD,通过拼接得到6K×10K的成像靶面。
1. 概述在大视场、高分辨率光电测量设备中,单片CCD器件仍不能够满足测量精度和测量视场的要求,为了满足测量精度和视场的要求,需要对多CCD器件进行拼接。
2. 拼接方法拼接主要有三种途径:一是CCD器件直接拼接,二是通过光学系统分光的方法进行光学拼接。
2.1 直接拼接直接拼接是指将CCD器件在机械上首尾搭接的方法。
由于CCD元器件成品都有封装结构,具有一定的几何尺寸,实际像元数也大于CCD的有效像元数,因此直接将两个CCD元件拼在一起中间一定会产生缝隙,在成像时则成为拍照的盲区,使数据受损。
为了实现无缝物理连接,传统的方法是直接将单个CCD的封装拆除,通过将CCD的有效像元首尾搭接来增加其长度。
由于这种方法比较复杂,且成本较高,除了专业厂家,较少有人采用。
图1 CCD芯片拼接图2.2 电子学拼接电子学拼接也称为机械交错拼接,是将CCD 装配成双列交错式焦面形式,即在同一平面上,利用第二行CCD正好填补第一行CCD所形成的间隙,相邻CCD的首尾像元对齐或重叠一定距离,在遥感器飞行方向上两行CCD错开一定位置。
机械交错拼接的图像处理是采用电子学对接的方法,通过积分延时处理产生清晰的宽幅大视场图像。
该拼接方式结构简单,不会引入色差,能满足大视场的要求,在大视场空间光学遥感器中得到了广泛应用。
机械交错拼接原理图如图2所示。
图2 机械交错拼接原理图2.2 光学拼接光学拼接的方法主要有以下三种形式:视场分光、光路分光、光束分光。
2.2.1 视场分光视场分光由多个光学系统组成,每个光学系统由CCD器件接收成像的独立系统分别占据视场的一部分,从而组成整个大视场。
如果光学系统覆盖整个方位角,就可实现全方位视场成像,如下图所示。
图3 光学系统外拼接示意图1外视场分光优点是光学系统结构简单,成像质量好,缺点是存在视差和盲区。
图4 光学系统外拼接示意图22.2.1 光路分光光路分光是通过棱镜将光路分成多路,拼接棱镜由两块45°直角棱镜胶合而成,其胶合面镀50%反射、50%透射的中性膜,通过一部分反射,一部分透过的棱镜将光路分成多路,从而达到拼接的目的,如图5所示。
采用实时高精度拼接方法实现多线阵CCDS相机大幅面扫描仪的设计引言基于多线阵CCDS相机的拼接型高精度大幅面扫描仪的研制一直是国内、外学者及产业界关注的重点领域,但是由于涉及精密光路设计心1、复杂机械平台、完备硬件系统H1、友好人机界面、智能算法实现这五个关键技术,其中高精度实时拼接技术又是其中的重点难点。
迄今为止,基于多线阵CCDS相机的拼接型高精度大幅面扫描仪的全部关键技术基本上被国外跨国公司与大型研究机构所垄断,国内完全依靠进口。
高精度实时拼接技术是多线阵CCDS相机的大幅面扫描仪中的重点难点。
由于线阵CCDS 相机的视场有限,在视场范围要求大扫描精度高的大幅面扫描仪应用背景下,单个三线阵CCDS相机显然不能满足需求,因此需要多个三线阵相机拼接实现。
拼接最重要的指标是保证图像信息不丢失不错位,最理想的情况是,所有三线阵CCDS相机保持在同一水平面,相邻两个相机采集图像的像素连续。
为了适应拼接型多线阵CCDS大幅面扫描仪这一应用需求,通常采用光学拼接或光学拼接加入软件后续处理¨01.光学拼接通过分光棱镜将多个线阵CCDS相机首位相连,即前一级CCDS相机最后一个有效像素与下一级CCDS相机第1个有效像素相连,其精度要求偏差在1个像素以内,且多个CCDS相机所有像素必须在同一个水平面上,这对机械加工精度要求非常高,相应成本也非常高,其拼接精度随着使用时间增加而降低。
光学拼接加入软件后续处理通过将相邻两个CCDS相机有效像素进行重叠以此保证图像信息不丢失,然后将采集到的图像信息保存在电脑内存里,通过软件算法将每个相机采集到的图像数据上下左右平移进行拼接,这种拼接方式对机械的精度要求有所降低,但是对电脑配置要求较高,拼接时间较长需要2 s一3 s,对大幅面扫描仪的实时性有一定影响¨2|.针对这一问题,深入研究了FPGA/SDRAM/CCDS的内部结构,通过多次试验验证,提出了一种新的基于多线阵CCDS相机的大幅面扫描仪高精度实时拼接实现新方法一硬件拼接法。
600 mm长焦平面时间延迟积分CCD的交错拼接孙斌;李景林;张星祥;任建岳【摘要】为了满足空间宽幅相机大视场的需求,研究了对多片CCD器件进行拼接以获得超长焦平面组件的方法.使用长线阵时间延迟积分(TDI) CCD拼接仪,按照设计位置和精度要求把17片TDICCD器件拼接到焦平面板上,用销钉定位,获得了长为600 mm、像元为69 000个的超长焦平面.然后,对完成拼接的焦平面组件进行了高低温循环试验、热真空试验和振动试验.实验结果表明,焦平面组件的结构设计和材料选取满足力学/热学要求.对完成拼接的600mm长焦平面组件进行了TDICCD拼接精度的检测,检测结果显示拼接误差小于3 μm.将该超长焦平面组件用于遥感相机,通过成像实验获得了清晰的无缝宽幅图像.上述结果证明600mm长焦平面组件满足空间宽幅相机的应用需求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)011【总页数】6页(P2908-2913)【关键词】空间遥感;遥感相机;时间延迟积分CCD;CCD拼接;视场交错拼接;超长焦平面【作者】孙斌;李景林;张星祥;任建岳【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TN386.5;V447.31 引言随着空间遥感技术的发展,宽视场、高分辨率的空间相机逐渐成为研究重点。
为了使空间相机具有宽视场,单片CCD 器件尺寸已经不能满足要求,需要对多片CCD 器件进行拼接,形成一个等效的大尺寸焦平面。
CCD 拼接技术是一种能够有效满足空间相机宽视场要求的专项技术。
国内外的空间遥感器研制机构一直都很重视CCD 拼接技术,如E2V 公司已经实现了40片面阵CCD的直接拼接[1]。
学院本科毕业论文(设计)题目:线阵CCD图像传输与拼接系统设计摘要随着线阵CCD的发展,其在我们生活中有了广泛的应用,结构简单,成本较低。
因为其自身的特点,如终点计时系统也采用的线阵CCD,并广泛应用于各种大型比赛当中。
我们通过下位机拍摄线阵图像,然后通过与计算机相连,让我们可以方便的在计算机上直观的看到比赛的图片,并通过图片来确定每个人的比赛成绩,这才是最终的目的。
然而我们传送的数据都是二进制的数据,我们的图片也都是二进制的数据,传送的数据在文件中也不是顺序存储在文件的某个区域,我们需要对图片的格式有一个比较透彻的理解,才能将下位机传输的数据正确的拼接成图片。
关键词:线阵CCD 图片格式图片数据AbstractWith the development of linear array CCD, in our life are widely used, and has the advantages of simple structure, low cost. Because of its own characteristics, such as terminal timing system used CCD array, and is widely used in various large game. We through the machine shooting line image, and then is connected with the computer, so that we can easily in the computer game on intuitive to see the picture, and the picture to identify each match score, which is the ultimate purpose of. However, our data are binary data, our pictures are also binary data, transmission of data in the file is stored in the file in the order of a region, we need to picture format to have a more thorough understanding, can lower machine transmission data correctly spliced into the picture.Key words: Linear array CCD Image format The picture data目录第一章引言 (1)1.1为什么要研究图像拼接 (1)1.2图像拼接的目的 (1)第二章图片以及格式简介 (1)2.1 图片是如何在计算机中存储的 (1)2.2 bmp图片简介 (1)2.3 BMP图像文件的组成 (2)2.3.1 BMP图片总体组成 (2)2.3.2 位图文件头(bitmap-file header) (2)2.3.3 位图信息头(bitmap-information header) (3)2.3.4 彩色表/调色板(color table) (4)2.3.4 位图数据(bitmap-data) (4)第三章图像拼接的流程 (5)第四章文件流 (6)4.1文件流的意义 (6)4.2 fstream类 (7)4.2.1打开文件 (7)4.2.2关闭文件 (8)4.2.3文件的流指针 (8)4.2.4 文件的读写 (9)第五章图像的每个像素在数据区的位置 (10)第六章调试及性能分析 (11)5.1测试的条件 (11)5.2图片的选择 (11)5.3图片拼接后的结果 (12)第六章结论 (14)参考文献 (16)第一章引言1.1为什么要研究图像拼接随着线阵CCD的发展,其在我们生活中有了广泛的应用,结构简单,成本较低。
基于线阵CCD拼接技术的一维尺寸测量余 震1,文 艺2(1.安徽建筑工业学院数理系,安徽合肥230022;2.武汉重工铸锻有限责任公司,湖北武汉430084)摘 要:通过分析基于线阵CC D传感器的一维尺寸测量原理,提出了采用拼接技术测量较大一维尺寸的测量方案,并系统分析了该方案的测量误差。
实验表明:采用该方案进行一维尺寸测量时,可以达到较大的测量范围和较高的测量准确度。
关键词:线阵CC D;尺寸测量;误差分析中图分类号:TP212.9 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2004)07-0057-03One dimension size measurement based on connectedtechnology of linear array CCDY U Zhen1,WE N Y i2(1.Dept of Mathem atics&Phys,Anhui I nstitute of Architecture&I ndustury,H efei230022,China;2.Wuh an H eavy-duty C asting&Forging Co.,LT D.,Wuh an430084,China)Abstract:By analysing the measurement’s principle of one dimension size based on linear array CC D sens or,a measurement’s scheme used the connected technology of CC D sens ors for measuring a large size has been put forward, and the measurement’s error has been analysed.Through a measurement experiment,with the technology,to achieve a large measurement range and high measurement accuracy has been proved.K ey w ords:linear array CC D;size measurement;analysis of measurement’s error0 引 言基于CC D图象传感器的尺寸测量技术是非常有效的非接触测量技术,被广泛应用于各种加工件的在线检测和高准确度、高速度检测技术领域。
CCD拼接技术的新方法
叶培德
【期刊名称】《光电子技术与信息》
【年(卷),期】1990(000)001
【总页数】3页(P31-33)
【作者】叶培德
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TN386.5
【相关文献】
D拼接的新方法—垂直拼接 [J], 叶培德
2.基于多线阵CCDS相机的大幅面扫描仪高精度实时拼接实现新方法 [J], 别俊锋;叶玉堂;刘霖;刘娟秀;贾宏宇;骆才华;王平;徐文涛;郝霞
3.线阵CCD机械拼接技术的高精度测量研究 [J], 戴锐青
4.数字自动调焦技术在CCD拼接仪中的应用 [J], 杨利红
5.长线阵TDICCD的交错拼接与检测技术 [J], 周建刚
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1. 概述
在大视场、高分辨率光电测量设备中,单片CCD器件仍不能够满足测量精度和测量视场的要求,为了满足测量精度和视场的要求,需要对多CCD器件进行拼接。
2. 拼接方法
拼接主要有三种途径:一是CCD器件直接拼接,二是通过光学系统分光的方法进行光学拼接。
2.1 直接拼接
直接拼接是指将CCD器件在机械上首尾搭接的方法。
由于CCD元器件成品都有封装结构,具有一定的几何尺寸,实际像元数也大于CCD的有效像元数,因此直接将两个CCD元件拼在一起中间一定会产生缝隙,在成像时则成为拍照的盲区,使数据受损。
为了实现无缝物理连接,传统的方法是直接将单个CCD的封装拆除,通过将CCD的有效像元首尾搭接来增加其长度。
由于这种方法比较复杂,且成本较高,除了专业厂家,较少有人采用。
图1 CCD芯片拼接图
2.2 电子学拼接
电子学拼接也称为机械交错拼接,是将CCD 装配成双列交错式焦面形式,即在同一平面上,利用第二行CCD正好填补第一行CCD所形成的间隙,相邻CCD的首尾像元对齐或重叠一定距离,在遥感器飞行方向上两行CCD错开一定位置。
机械交错拼接的图像处理是采用电子学对接的方法,通过积分延时处理产生清晰的宽幅大视场图像。
该拼接方式结构简单,不会引入色差,能满足大视场的要求,在
大视场空间光学遥感器中得到了广泛应用。
机械交错拼接原理图如图2所示。
图2 机械交错拼接原理图
2.2 光学拼接
光学拼接的方法主要有以下三种形式:视场分光、光路分光、光束分光。
2.2.1 视场分光
视场分光由多个光学系统组成,每个光学系统由CCD器件接收成像的独立系统分别占据视场的一部分,从而组成整个大视场。
如果光学系统覆盖整个方位角,就可实现全方位视场成像,如下图所示。
图3 光学系统外拼接示意图1
外视场分光优点是光学系统结构简单,成像质量好,缺点是存在视差和盲区。
图4 光学系统外拼接示意图2
2.2.1 光路分光
光路分光是通过棱镜将光路分成多路,拼接棱镜由两块45°直角棱镜胶合而成,其胶合面镀50%反射、50%透射的中性膜,通过一部分反射,一部分透过的棱镜将光路分成多路,从而达到拼接的目的,如图5所示。
这种分光方法对光能利用率较低,大约降低一半左右,但是易于拼接与装配,而利用微光探测器正好可以弥补光能不足的问题,因此半反射半透射式的光学拼接方法已被普遍采用.下图为利用棱镜进行光学分光拼接的原理图。
光路分光优点是整体性能好,精度较高,只是由于棱镜的存在会产生一些色差,一般多用于透射式光学系统。
可以使拼接的棱镜与透镜进行组合以消除这种色差。
对于全反射系统,直接引用该方法将引入色差并降低像质。
图5 45°直角棱镜光路分光原理图
图6所示的就是一种选用具有4个反射面的金字塔形反射镜光学拼接方案。
反射镜将经过透镜的光束分开,4个CCD器件成对排列在等效的焦平面上,每个CCD 器件通过反射镜的一面来获取1/4的目标图像信息。
虽然通过透镜的光线在每个金字塔形反射镜表面只有1/4被反射,但是因金字塔形反射镜被设置在透镜和焦平面之间,实际在每个表面反射的光线所代表的区域要比目标自身的1/4大,这样就可以利用数字图像拼接技术将获取的图像信息进行处理最终获取一幅等效的大视场图像。
图6 金字塔反射镜光路分光原理图
2.2.1 光束分光
光束分光主要方法有:光纤分束和透镜分束等。
光纤分束的优点是结构简单,其缺点是由于受光纤直径的限制成像质量差,分辨率甚低,只能用于显示不能用于精密测量。
透镜分束的优点是光学系统结构简单,除两组透镜外中间无棱镜、场镜
等环节,因此性能稳定,装调容易#其缺点是各个拼接块的成像面在同一
平面上,器件位置排列困难。
介绍透镜分束的一种变体即单心球面系统。
单心球面系统拼接方法利用透镜分束的拼接原理,即将由第一组透镜成像在第一像面上的光束分成多个,然后由各个小透镜分别成像在第二像面上,从而达到拼接的目的。
其拼接原理如图7所示,它将第一组透镜改用单心球透镜,由物方来的光束经单心球透镜成像在形状为球面的第一像面上,再经过9组转像物镜将第一像面上的像分成9路各自独立的光束最后成像在第二像面的9个平面上,9个像的排列如图8所示,图7中只表示了一个截面,可安置3个面阵CCD器件。
如在9个成像平面上安置CCD面阵器件即可实现CCD光机拼接。
图7 单心球面系统示意图
图8 面阵CCD排列示意图。