[发明专利]基于高精度二维平移台的探测器错位成像实验装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于光电成像和图像处理技术领域，具体涉及一种基于高精度二维平移台的探测器错位成像实验装置和方法，主要用于提高光电成像系统的空间分辨率。

背景技术

近年来，探测器错位成像技术备受国内外关注，探测器错位成像技术能在不改变探测器像元尺寸和光学系统焦距的前提下，提高相机空间分辨率，在具有相同或接近的空间分辨率的情况下，能减小相机光学系统的焦距，从而使卫星相机的体积、质量、成本降低，随着航空航天相机向着高分辨、轻型化、小型化方向的不断发展，深入研究和探索探测器错位成像技术，对提高卫星相机、尤其是红外相机空间分辨率、实现卫星小型化具有重大意义。

探测器错位成像技术是使用一定的方式获取同一场景两幅或多幅具有相互位移（小于探测器像元尺寸）的图像，然后对得到的两幅或多幅图像进行融合、重建等处理，最终得到分辨率提高的图像。

对于线阵探测器，实现探测器错位成像技术主要有以下两种方法：一是棱镜分光法，用分光棱镜把光分成两路，分别将景物成像在焦面位置的两排线阵探测器上，两排线阵探测器在线阵方向错开半个像元。此种方法受探测器拼接精度的影响很大，且由于辐照在每路探测器上的光能量减半，造成系统信噪比下降，最终影响重建图像的效果；二是焦面集成法，把两排线阵探测器按照一定的排列方式集成在一个芯片上。法国2002年发射的SPOT5卫星、德国BIRD卫星上红外遥感器HSRS以及莱卡公司数字航空遥感相机ADS40上都使用了类似的技术，此种方法需要定制特殊排列的探测器，成本非常高，周期也比较长。

对于面阵探测器，其错位成像技术也称为微扫描技术，面阵探测器错位成像技术主要通过改变光路或者改变探测器位置来实现，通过使用快速转向的反射镜改变光路，使用压电技术控制折射部件的移动，也可通过使用基于压电陶瓷的滑动导轨来改变探测器位置等。其共同的技术难点在于控制运动部件运动的精度，且均需要使用精密控制部件和控制电路，结构复杂，实现难度大，成本高，周期长。美国FLIR公司的AN/AAQ-22系列相机使用压电驱动技术实现了面阵探测器错位成像技术，提高了相机的分辨率。

在国内，已经有很多关于探测器错位成像技术的理论和后期高分辨率图像重建算法的研究，但是具体通过实验验证的却很少。在探测器错位成像技术应用到航空航天遥感成像系统中之前，首先在地面上通过实际实验验证探测器错位成像技术的实际效果是非常关键的，也是很有必要的，对应用于航空航天遥感成像具有工程指导意义。在实验室验证探测器错位成像技术，若使用线阵探测器，则须使用分光棱镜或定制特殊排列的探测器，且需要额外的推扫装置实现线阵探测器推扫成像，系统复杂，实现难度大，成本较高。使用面阵探测器则可以避免上述不足，但已有的面阵探测器错位成像技术实现方法，使用压电技术或平行平板等，系统复杂度高，难度大，成本高，实现周期较长。

发明内容

为了解决现有探测器错位成像实现方法存在的结构复杂、实现难度大、周期长、成本高等技术问题，本发明提供一种基于高精度二维平移台的探测器错位成像实验装置和方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

基于高精度二维平移台的探测器错位成像实验装置，包括光学镜头和高精度二维平移台，所述高精度二维平移台包括X方向位移调节旋钮和Y方向位移调节旋钮，其特征在于，该装置还包括连接板、探测器座、镜筒、卡口、连接座和底座；所述卡口与镜筒通过沉头螺钉连接，卡口的一端与光学镜头连接，镜筒的一端与探测器座连接，探测器座通过连接板与高精度二维平移台连接，高精度二维平移台通过连接座与底座连接。

上述高精度二维平移台具有粗调和微调两种方式，在X方向和Y方向均可实现亚微米位移精度，满足探测器错位成像技术的错位精度要求。

上述探测器座用来安装探测器及探测器前端板，其包括用于传输视频信号和相关驱动控制信号的数据接口。

上述光学镜头可采用标准摄影镜头、工业镜头或自制镜头，上述卡口可以针对不同的光学镜头采用不同的设计来适应，以达到连接光学镜头与镜筒的目的。

上述镜筒通过精密螺纹与探测器座连接，旋转镜筒可微调焦距，具有焦距微调功能。

上述底座通过螺钉固定于大理石平台上，其目的是在实验过程中降低外界环境对装置的影响，保持实验装置的稳定性。

利用本发明实验装置进行探测器错位成像实验验证的具体方法，包括如下步骤：

步骤一、在初始位置探测器对靶标进行成像，得到第一幅低分辨率图像；