本文關(guān)鍵詞：大視場三線陣立體航測相機光學系統(tǒng)研究

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【摘要】：三線陣立體航測相機作為航空攝影測量的典型測繪設(shè)備,它可快速獲取數(shù)字化的基礎(chǔ)地理信息,具有體積小、重量輕、寬覆蓋、作業(yè)效率高,基高比大等優(yōu)點,是航空攝影測量走向數(shù)字時代的升級換代產(chǎn)品,受到許多國家的高度重視。我國在三線陣立體航測相機領(lǐng)域還是空白,與國外差距較大,而目前國外典型三線陣立體航測相機存在工作視場角小,分辨率低等缺點,已難以滿足國民經(jīng)濟建設(shè)對大比例尺地形圖的測繪需求。研制大視場高分辨三線陣立體航測相機一個重要的難點就在于如何解決大視場與高分辨率之間相互制約的關(guān)系。傳統(tǒng)的高分辨相機只能采取折衷的方法對視場和分辨率兼顧,而要同時實現(xiàn)大視場高分辨率成像,這對光學設(shè)計來說是一個不小的挑戰(zhàn)。本文以大視場三線陣立體航測相機光學系統(tǒng)為研究對象,主要研究了大視場三線陣航測相機的實現(xiàn)形式、大視場高分辨率光學系統(tǒng)設(shè)計、RGB多光譜分光系統(tǒng)以及如何同時實現(xiàn)大視場與高分辨成像等光學問題。主要研究成果包含以下幾個方面:1)在分析大視場三線陣立體航測相機的各項技術(shù)指標的基礎(chǔ)上,提出了三種不同的航測相機系統(tǒng)設(shè)計思路,它們分別是非像方遠心、像方遠心、同心多尺度航測相機光學系統(tǒng)。2)分別對兩種傳統(tǒng)設(shè)計思路(非像方遠心和像方遠心)的航測相機光學系統(tǒng)、RGB多光譜分光、探測器拼接等分系統(tǒng)進行詳細分析與設(shè)計,最終完成了傳統(tǒng)的大視場高分辨航測相機系統(tǒng)設(shè)計,解決了大視場高分辨航測相機設(shè)計難題。3)針對傳統(tǒng)方法中的RGB多光譜分光難題,開展了多光譜分光系統(tǒng)的研究。提出了一種基于近距離共焦面線陣探測器的多光譜分光方法,解決了近距離探測器多光譜分光難題。論文提出的多光譜分光系統(tǒng)可實現(xiàn)對水平相距僅4個像元的線陣探測器進行多光譜分光。4)在國內(nèi)較早開展了同心多尺度光學系統(tǒng)的研究,并提出了將同心多尺度方法應(yīng)用于航空機載測繪相機光學系統(tǒng)的設(shè)計思路,成功解決了大視場與高分辨率之間的矛盾,并對該成像技術(shù)進行了深入研究。推導了同心物鏡近軸成像公式;研究并分析了同心物鏡的像差特性,推導了同心物鏡消球差、消色差條件;研究了同心多尺度系統(tǒng)的成像特性、系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)預估、中繼單元孔徑排列以及同心多尺度系統(tǒng)設(shè)計方法等,并給出了系統(tǒng)設(shè)計流程,最終設(shè)計了同心多尺度大視場高分辨三線陣立體航測相機光學系統(tǒng)。5)作為對線陣成像系統(tǒng)的推廣,開展了基于面陣探測器的大視場高分辨成像系統(tǒng)的研究。設(shè)計了一個焦距60mm,視場角100°×60°,圖像像素可達數(shù)十億的大視場高分辨同心多尺度成像系統(tǒng)。6)對三種不同設(shè)計思路(非像方遠心系統(tǒng)、像方遠心系統(tǒng)、同心多尺度系統(tǒng))的航測相機光學系統(tǒng)進行對比,并分析了同心多尺度大視場航測相機光學系統(tǒng)與傳統(tǒng)方法設(shè)計的光學系統(tǒng)的優(yōu)缺點,確定了選擇非像方遠心系統(tǒng)作為航測相機的光學系統(tǒng)。研究結(jié)果也表明:同心多尺度成像系統(tǒng)成功地避開了光學設(shè)計和加工、探測器拼接等一系列技術(shù)挑戰(zhàn),是實現(xiàn)大視場高分辨成像的有效途徑,它將在大視場成像領(lǐng)域,尤其是傳統(tǒng)光學設(shè)計難以實現(xiàn)的應(yīng)用場合,獲得良好的成像性能,體現(xiàn)出自身廣角成像的優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：三線陣航測相機 立體測繪 線陣推掃 光學系統(tǒng) 同心多尺度、大視場 高分辨率
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-32
• 1.1 引言12
• 1.2 三線陣立體航測相機研究目的與意義12-14
• 1.3 三線陣立體航測相機研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢14-27
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀14-25
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀25-27
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容27-32
• 第二章 三線陣立體航測相機測繪原理32-48
• 2.1 三線陣立體航測相機成像與立體定向原理32-34
• 2.2 三線陣CCD數(shù)字影像坐標關(guān)系數(shù)學模型34-37
• 2.2.1 框幅像坐標35-36
• 2.2.2 推掃像坐標36-37
• 2.3 三線陣立體航測相機設(shè)計基礎(chǔ)37-47
• 2.4 本章小結(jié)47-48
• 第三章 非像方遠心航測相機光學系統(tǒng)研究48-68
• 3.1 非像方遠心系統(tǒng)設(shè)計思路48-52
• 3.2 非像方遠心系統(tǒng)優(yōu)缺點52
• 3.3 非像方遠心光學系統(tǒng)設(shè)計52-59
• 3.4 RGB干涉濾光片59-64
• 3.4.1 多光譜分光方式59-60
• 3.4.2 多光譜分光設(shè)計60-64
• 3.5 線陣探測器的拼接64-66
• 3.6 本章小結(jié)66-68
• 第四章 像方遠心航測相機光學系統(tǒng)研究68-86
• 4.1 像方遠心系統(tǒng)設(shè)計思路68-70
• 4.2 像方遠心光路優(yōu)缺點70-71
• 4.3 像方遠心光學系統(tǒng)設(shè)計71-77
• 4.4 RGB分光棱鏡設(shè)計77-80
• 4.5 光學拼接棱鏡設(shè)計80-82
• 4.6 像方遠心航測相機性能預估82-85
• 4.7 本章小結(jié)85-86
• 第五章 同心多尺度航測相機光學系統(tǒng)研究86-138
• 5.1 同心多尺度成像系統(tǒng)概述86-88
• 5.2 同心多尺度系統(tǒng)研究現(xiàn)狀88-89
• 5.3 同心光學系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)89-100
• 5.3.1 同心系統(tǒng)的近軸光路計算90-95
• 5.3.2 同心光學系統(tǒng)的像差及消像差條件95-99
• 5.3.3 同心物鏡的成像特性99-100
• 5.4 同心光學系統(tǒng)的設(shè)計100-108
• 5.4.1 雙層同心光學系統(tǒng)101-105
• 5.4.2 多層同心光學系統(tǒng)105-108
• 5.5 同心多尺度航測相機光學系統(tǒng)的設(shè)計108-130
• 5.5.1 同心多尺度系統(tǒng)成像特點108-113
• 5.5.2 同心多尺度系統(tǒng)參數(shù)預估及設(shè)計方法113-117
• 5.5.3 同心多尺度系統(tǒng)設(shè)計117-130
• 5.6 億萬像素同心多尺度高分辨率成像系統(tǒng)130-137
• 5.6.1 光學系統(tǒng)設(shè)計130-134
• 5.6.2 中繼單元光束分割134-135
• 5.6.3 中繼單元陣列的排列135-137
• 5.7 本章小結(jié)137-138
• 第六章 三種光學系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果的分析與比較138-158
• 6.1 三種航測相機光學系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果138-141
• 6.2 設(shè)計結(jié)果的分析與比較141-157
• 6.2.1 成像質(zhì)量對比143-151
• 6.2.2 視場適用范圍分析151-153
• 6.2.3 其他方面對比153-157
• 6.3 本章小結(jié)157-158
• 第七章 總結(jié)與展望158-162
• 7.1 主要工作總結(jié)158-159
• 7.2 論文創(chuàng)新點159-160
• 7.3 后續(xù)工作展望160-162
• 參考文獻162-168
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果168-169

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