本發(fā)明屬于航天光學遙感
技術領域：
，具體地，涉及一種地球靜止軌道大面陣相機大動態(tài)成像系統(tǒng)。
背景技術：
：地球靜止軌道大面陣相機因為其軌道特點所帶來的監(jiān)測范圍廣、時間分辨率高等特點可以為減災、氣象、地震、林業(yè)、海洋、國土、水利等多個行業(yè)的應用提供遙感數(shù)據(jù)服務，目前已成為國內外未來對地觀測技術發(fā)展的重要方向。地球靜止軌道相機具有積分時間不受速高比影響、積分時間可調的特點。在地面景物亮度較小時，相機可以通過延長積分時間獲取足夠的能量，保證圖像有較高的信噪比。然而傳統(tǒng)的選用大面陣ccd器件方案存在不具備抗飽和溢出功能、需要機械快門配合成像、積分時間不能按需調整的不足。首先不具備抗飽和溢出功能，為避免飽和溢出現(xiàn)象，積分時間只能按反照率最高的目標(如云)來設置，使得反射率低的地面目標信噪比偏低，影響成像清晰度。其次成像時需要高精度的機械快門，機械快門的工作時間長，是單點失效環(huán)節(jié)，技術風險較大。再次受機械快門工作方式限制，積分時間只能設置為3檔，不能按成像條件靈活調整積分時間，用戶無法獲得不同成像條件下的高信噪比圖像。此外，在相機多譜段成像時為了各譜段使用相同的積分時間，需對各譜段的能量進行衰減，為保證信噪比延長了成像積分時間，成像時受衛(wèi)星平臺運動及顫振影響加大。此外，在多譜段成像過程中，由于每個成像譜段的入瞳能量不同，需要根據(jù)成像譜段設置不同的積分時間。成像時間段的不同、區(qū)域目標反射特性的差異也需要采用不同的積分時間，因此相機需要具有每一次成像都可以單獨設置積分時間的能力。綜上，地球靜止軌道(geo)大面陣相機具有較高的時間分辨率和較大的成像幅寬，但由于積分時間不能按需調整而導致相機成像的動態(tài)范圍較小，無法大范圍獲取不同光照和地物輻射條件下的可見光和紅外圖像。為同時滿足高時間分辨率、大成像幅寬和大面陣大動態(tài)范圍的對地觀測需求，提供一種切實可行的地球靜止軌道大面陣相機大面陣大動態(tài)成像系統(tǒng)成為本領域技術人員亟待解決的問題。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術問題是：針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種地球靜止軌道大面陣相機大動態(tài)成像系統(tǒng)，利用光學系統(tǒng)配合積分時間連續(xù)可調的大面陣探測器的技術方案，解決現(xiàn)有相機對高時間分辨率、大成像幅寬和大動態(tài)范圍難以兼顧的難題。本發(fā)明的技術方案是：一種地球靜止軌道大面陣相機大動態(tài)成像系統(tǒng)，包括光學系統(tǒng)、可見光大面陣大動態(tài)成像模塊、可見光積分時間調制模塊、紅外大面陣大動態(tài)成像模塊、紅外積分時間調制模塊；光學系統(tǒng)將來自地面物體信息會聚在可見光大面陣大動態(tài)成像模塊和紅外大面陣大動態(tài)成像模塊上可見光大面陣大動態(tài)成像模塊對地面物體信息的可見光信號進行大動態(tài)成像，由可見光大面陣探測器及控制電路組成；可見光積分時間調制模塊對可見光大面陣大動態(tài)成像模塊的積分時間進行按需調整；紅外大面陣大動態(tài)成像模塊對地面物體信息的紅外信號進行大動態(tài)成像，由紅外大面陣探測器及控制電路組成；紅外積分時間調制模塊對紅外大面陣大動態(tài)成像模塊的積分時間進行按需調整。所述成像系統(tǒng)可見光大面陣探測器和紅外大面陣探測器成在同一系統(tǒng)中，均采用面陣凝視成像方式，探測器的積分時間可實現(xiàn)連續(xù)大范圍調整，可同時獲得目標可見光和紅外譜段大面陣大動態(tài)范圍圖像?？梢姽獯竺骊囂綔y器和紅外大面陣探測器由全局電子快門和具有抗飽和溢出能力的模塊實現(xiàn)；所述全局電子快門使用電脈沖的寬度控制積分時間，抗飽和溢出模塊保證過曝光的像素不影響其周邊相鄰像素。所述可見光積分時間調制模塊對可見光大面陣大動態(tài)成像模塊的積分時間進行按需調整的策略為：積分時間設置范圍為0.5ms～100ms，1ms以下積分時間調整步長為0.1ms，1ms以上積分時間調整步長為1ms。所述紅外積分時間調制模塊對紅外大面陣大動態(tài)成像模塊的積分時間進行按需調整的策略為：積分時間設置范圍為0.1ms～10ms，1ms以下積分時間調整步長為0.1ms，1ms以上積分時間調整步長為1ms。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：(1)采用積分時間連續(xù)可調的具有電子快門的可見光大面陣大動態(tài)成像模塊和紅外大面陣大動態(tài)成像模塊，配合可見光積分時間調制模塊、紅外積分時間調制模塊，實現(xiàn)了地球靜止軌道大面陣相機大動態(tài)范圍成像。該成像系統(tǒng)具有在每一次成像時不同譜段都可以單獨設置所需積分時間的功能。(2)采用可見光大面陣大動態(tài)成像模塊和紅外大面陣大動態(tài)成像模塊共系統(tǒng)，可同時獲取地球靜止軌道可見光和紅外譜段大動態(tài)范圍圖像。可見光大面陣大動態(tài)成像模塊和紅外大面陣大動態(tài)成像模塊分別選用積分時間可按需連續(xù)調整的大面陣探測器。附圖說明圖1為根據(jù)本發(fā)明的基于積分時間連續(xù)可調的地球靜止軌道大面陣相機大動態(tài)成像系統(tǒng)組成示意圖；圖2為本發(fā)明采用的可見光積分時間調制模塊工作流程圖；具體實施方式下面將結合附圖和具體實施例對根據(jù)本發(fā)明的基于積分時間連續(xù)可調的地球靜止軌道大面陣相機大動態(tài)成像系統(tǒng)做進一步詳細的說明。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的基于積分時間連續(xù)可調的地球靜止軌道大面陣相機大動態(tài)成像系統(tǒng)包括光學系統(tǒng)1、可見光大面陣大動態(tài)成像模塊2、可見光積分時間調制模塊3、紅外大面陣大動態(tài)成像模塊4、紅外積分時間調制模塊5。光學系統(tǒng)1將來自地面物體信息會聚在可見光大面陣大動態(tài)成像模塊2和紅外大面陣大動態(tài)成像模塊4上；可見光大面陣大動態(tài)成像模塊2對地面物體信息的可見光信號進行大動態(tài)成像；可見光積分時間調制模塊3對可見光大面陣大動態(tài)成像模塊2的積分時間進行按需調整；紅外大面陣大動態(tài)成像模塊4對地面物體信息的紅外信號進行大動態(tài)成像；紅外積分時間調制模塊5對紅外大面陣大動態(tài)成像模塊4的積分時間進行按需調整；成像光學系統(tǒng)1采用可見光和紅外譜段共用主光學系統(tǒng)，通過分色片或分視場成像實現(xiàn)可見和紅外譜段分光的方式?？梢姽獯竺骊嚧髣討B(tài)成像模塊2具有抗飽和溢出能力，避免了圖像飽和溢出影響，積分時間可按地面目標反射率設置，能夠提高成像清晰度；使用全局電子快門，不需要機械快門配合成像，所有像元能夠同時曝光，可提高圖像幾何精度；積分時間和成像周期不受機械快門設計限制，相機可以按照需要調整成像積分時間，可以針對不同的譜段、不同的太陽高度角和具體應用設置積分時間，可在不同的條件下獲取最佳成像質量；可以通過地面發(fā)送指令的方式在軌動態(tài)調整積分時間，使相機成像可以適應較寬的地面目標動態(tài)范圍變化。積分時間按需調整，不需要大幅衰減各譜段的能量，可以縮短各譜段的積分時間，降低衛(wèi)星平臺運動及顫振對相機成像的影響，減小像移量，提高成像質量；抗輻照能力強，適合高軌輻照環(huán)境應用?？梢姽夥e分時間調制模塊3向可見光大面陣大動態(tài)成像模塊2發(fā)送指令，控制其積分時間調整，調整示例如下：積分時間設置范圍為0.5ms～100ms，1ms以下積分時間調整步長為0.1ms，1ms以上積分時間調整步長為1ms?？梢姽夥e分時間設置與信噪比關系如表1。表1(靜止軌道觀測條件下可見光不同譜段、不同反射率、不同太陽高度角條件下能夠清晰觀測所需積分時間)譜段0.45μm～0.52μm信噪比分析譜段0.52μm～0.60μm信噪比分析譜段0.63μm～0.69μm信噪比分析譜段0.76μm～0.90μm信噪比分析譜段0.45μm～0.90μm信噪比分析紅外大面陣大動態(tài)成像模塊4功能同可見光大面陣大動態(tài)成像模塊2，對于多譜段集成的探測器，可以按需調整不同譜段的積分時間來獲得較寬的目標動態(tài)范圍。紅外積分時間調制模塊5向紅外大面陣大動態(tài)成像模塊3發(fā)送指令，控制其積分時間調整，調整示例如下：積分時間設置范圍為0.1ms～10ms，1ms以下積分時間調整步長為0.1ms，1ms以上積分時間調整步長為1ms。紅外譜段積分時間設置與動態(tài)范圍關系如表2。表2(靜止軌道觀測條件下紅外譜段不同動態(tài)范圍能夠清晰觀測所需積分時間表)積分時間動態(tài)范圍6ms239～270k4ms269～450k0.3ms335～655k在此需要說明的是，對于本說明書未作詳細描述的內容，由于這些內容是本領域技術人員公知的，或者通過結合本說明書的描述以及現(xiàn)有技術能夠容易地實現(xiàn)，因此，不做贅述。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。對于本領域的技術人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，可以對本發(fā)明做出若干的修改和替換，所有這些修改和替換都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁12