反射镜拼接渐晕消除方法

　　0 引 言

　　电荷耦合器件(Charge Coupled Devices，CCD)是集光电信号转换、存储和转移输出的图像摄取固体器件，因其体积小、分辨率高、稳定性好、抗干扰性强、测量误差小等优点被广泛应用到各种成像系统中。航空 CCD 相机[1]是装载在飞机上以拍摄地表景物来获取地面目标的光学仪器，航空相机应用的关键指标是分辨率和帧频，也在向宽成像谱段、大覆盖范围、实时传输的方向不断发展[1]。但CCD 器件的有效长度和光学系统较大成像视场之间的矛盾限制了 CCD 在这一领域的应用，对多个 CCD 器件进行拼接是在现有条件下解决这一问题的重要技术。

　　目前比较常见的CCD 拼接方式主要有光学拼接与机械拼接两种。光学拼接是利用棱镜的分光原理形成一对光程相等的共轭面，将CCD 交错分置于这一对等光程的共轭面上，首尾搭接[2]。光学拼接中的分光棱镜包括半反半透镜、全反全透镜和反射镜，其中反射镜拼接具有能量利用率高，热稳定性好，体积重量小，拼接精度高和拼接长度较长的优势，是未来光学拼接主要的发展方向。但是反射镜拼接的方法在反射镜拼接交界会产生渐晕现象，需要利用后续图像处理工作进行消除。由于目前国内采用反射镜拼接方式进行大面阵拼接的实际应用很少，所以针对反射镜拼接渐晕现象目前没有一套完整的消除办法，是一项很值得研究的课题。

　　传统的渐晕复原方法需要相关的光学和几何参数，或需要事先进行相关实验以确定渐晕系数，在实际工程中处理效果不好。本文将最速下降法[3]引入到曲面拟合当中，较好地解决了不规则曲面拟合的问题，从而获得影像的整体灰度变换情况，进而实现影像渐晕复原。与传统方法相比，该方法不需要测量相关的参数，因此具有广泛的适用性。

　　1 反射镜渐晕产生分析

　　在实际CCD 拼接型相机光学系统中，由于反射镜的遮挡，部分光束无法在拼接交界处成像，导致交界处光照度下降，这种现象就是反射镜拼接造成的渐晕现象。由于反射镜反射边缘与光轴成 45°夹角，反射点距离接收屏的距离是变化的，所以像面上的渐晕分布也是随着反射镜距离接收屏的距离变化而变化，距离接收屏距离越大，渐晕分布区域越大。直射面CCD 渐晕现象分布示意图如图2 所示，反射面 CCD 渐晕现象与此类似。除此之外，直边衍射也是反射镜拼接渐晕的一个原因。

　　根据临界边缘的衍射能量分配[4-7]，利用 MATLAB 进行公式拟合可以得出反射镜拼接渐晕能量分布图，如图3 所示。由图3 可测出最大渐晕临界点位置，反射镜拼接渐晕校正不需将整幅图像进行处理，只需处理最大渐晕临界点以内的图像即可，这就提高了图像处理的效率。