CCD拼接技术.pdf

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ωωωωω ω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ω ω盲区重叠区图 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。