ｄ ｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｅ ｄ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ａ ｉ ｒ ｂ ｏ ｒ ｎ ｅ ｃ ａ ｌ ｎ ｅ ｒ ａ； ｈ ｉ ｓ ｈ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ； ＣＣ Ｂ； ｏ ｐ ｔ ｏ — ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ
径、 视场及波 段 的要 求 ， 相 机 的 光学 系统 可 采用折 射 式、 折反射式和反射式 等 多种形式 。 折射系统校正 二级光 谱是 一项 重要 的工 作 ， 一般 采用有特殊色散 的光学材料如 Ｃ ａ Ｆ ２晶体 、 Ｆ Ｋ玻璃等 ， 但该种有特殊色散 的光学材料 的折射率温度系数为负 值且很大 ， 环 境 温度 变化 引起 的像 面 位移 是很 大 的。
挥重要 的作用 。航空相机因其机动性好 、 时效 性高、 目
的性强 、 相对投入较 低等 优点 而成为 获取地 面信息 的
年代 ， 英 国在第一次世界 大 战期 问 已有 一种 Ｃ型侦察 相机使用在 Ｂ Ｅ ２ Ｃ侦察机 上 ， 美 国在 １ ９ ２ ２年生产 出了
名为 ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ｃ ａ ｍ ｅ ｒ ａ的胶片相机 ， 但 大规模研制生 产胶 片
径 １ ： １ ０ 、 视场角 ３ 。 ， 有可见光 和近红外两个波段 ， 重量
应的补偿技术来保证高分辨率成像是其关键性问题。
２ ． １ 光学 系统 当成像器 件 Ｃ Ｃ Ｄ的大小确定后 ， 光学 系统 就决 定 了航空相机的性 能、 体 积和重 量等 。为了获得高分 辨 率图像就要求光学 系统焦 距很 长 ， 但 由于受到 口径 的
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ａ ｎ ｅ ｗ ｌ ｙ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｃ Ｃ Ｄ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｌ ｄ ｗｉ ｄ ｅ
这是第一代机械 Ｃ Ｃ Ｄ侦察相机 ， 特点是用线阵 Ｃ Ｃ Ｄ器
件和推扫方式工作 。
２ ０ 世纪 ８ ０年 代 后 期 ， Ｉ Ｔ Ｅ Ｋ公 司又 生产 了 Ｅ ｓ一 ２ ５ ０轻型 Ｃ Ｃ Ｄ相机 ， 代表 了当时机 载 Ｃ Ｃ Ｄ相机 的发展 水平。它采用 全反式 光 学 系统 和 １ ０ ０ ０ ０像 元 的时 间
中图分 类号 ：Ｖ ４ ４ ５ ． ８ ；Ｔ Ｈ ７ ４ ５
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６ ７ １— ６ ３ ７ Ｘ（ ２ ０ ０ ９） ４— ０ ０ ０ ０ ７— ０ ４
Ｃｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍ ｅ ｎｔ ｏ ｎ
作者简 介： 程晓薇（ １ ９ ７ ３ 一） ， 女， 陕西西安人 ， 讲师 ， 主要从事精密 光
电仪器研究。Ｅ—ｍ ａ ｉ ｌ ： ｓ ａ ｎ ｍ ａ ｏ ０ ９ ２ ３ ＠ｙ ａ ｈ ｏ ｏ ． ａ ｎ
８
电
光
与
控
制
第 １ ６ 卷
延迟积分 Ｃ Ｃ Ｄ （ Ｔ Ｄ Ｉ Ｃ Ｃ Ｄ） 器件 ， 焦距 ２ ５ ４ ０ ｍ ｍ、 相对孔
表１ Ｃ Ａ一２ ９ ５相机的主要参数
Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｍａ ｊ Ｏ ｒ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ Ｃ Ａ－ － ２ ９ ５ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ
为减小温度环境和 气压 对像 面位移 的影 响 ， 如果用普 通玻璃校正二级光谱 ， 其相对色 散很接 近 ， 为消 除高级 像差 ， 光学 系统 的结 构必然 复 杂 ， 重量增 加。另外 ， 折
限制 ， 相对 孔径一般不允许很大 ， 这主要是因为航空技
１ ２ ６ ｋ ｇ ， 在斜距 １ ０ ０ ｋ ｍ时， 地面像 元 分辨力 理论 值为 ０ ． ５ ｍ， 这是 第 ２代 机 载 Ｃ Ｃ Ｄ侦 察 相机 ， 特 点 是 采用
Ｔ Ｄ Ｉ Ｃ Ｃ Ｄ器件和推扫 工作方 式。 第 ３代航空侦察相 机则 是光 电分 幅相机 ， 其 中有 代表性 的是 Ｒ Ｏ Ｉ 公司研制的第 ３代 Ｃ Ｃ Ｄ航空相机 ， 经
主要途径之 一 ， 在地形 测绘 、 土 地和森林 资源调 查、 铁
相机是第一次世界大战之后 。 而Ｃ Ｃ Ｄ航空 相 机 的发 展 则要 追溯 到 ２ ０世 纪 ７ ０
年代 中期 ， Ｉ Ｔ Ｅ Ｋ公司把胶片 型 Ｋ Ａ一１ ０ ２ Ａ相机 改装 成 Ｃ Ｃ Ｄ和胶片两用 相机 ， 型号 为 Ｋ Ａ一１ ０ ２ Ａ ／ Ｅ Ｏ ， 它的光 学系统为折 射式 ， 焦距 １ ６ ８ ０ ｎ ｌ ｌ ｎ ， 相对孔径 １ ： ４ ， 视场
０ 引 言
航 空相机 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 。随着航空技术 日新 月异 的
机理， 并采取相应的补偿措施和技术提高成像质量。
１ 国外航 空相机发展 现状
胶 片式航空相机发 展最早可 以追溯到 ２ ０世纪 ３ ０
发展 ， 航空相机 已经在航空遥感 、 测量和侦察等领 域发
程晓薇 ， 车 英， 薛常喜
（ 长春理工大学光电工程学 院 ， 长春
摘
１ ３ ０ ０ ２ ２ ）
要 ：介绍 了国外最新航 空 Ｃ Ｃ Ｄ相机 的发展状 况。根 据世 界航 空 Ｃ Ｃ Ｄ相机 的发展 概况 ， 全 面分析 了高分辨率航
空Ｃ Ｃ Ｄ相机 的各 关键技 术； 就像 移补偿 、 振 动控 制、 自动调焦技术 、 光学 系统 以及 图像数据 采集等 问题进行 详尽 的阐 述， 并研 究 了各 关键技 术 实现 途径 ； 最后指 出了航 空 Ｃ Ｃ Ｄ侦察相机未来的发展 趋势和方 向。 关键词 ：航 空相机 ；高分辨 率 ；Ｃ Ｃ Ｄ；光 电成像
何消除各种因素对像质的影响 ， 获得高分辨力的图像， 就需要深入研究这些因素对航空相机成像质量的影响
收稿 日期 ： ２ ０ ０ ８— ０ ３— ２ ５ 修 回日期： ２ ０ ０ ８— ０ ４－ ３ ０
为１ ３ ｍ ， 在斜距 ５ ８ ｋ ｍ时， 而像元分辨力为 ０ ． ４ ５ ｍ 。
ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｃ Ｃ Ｄ ｃ ａ ｍ ｅ ｒ ａ ， ｔ ｌ ｌ ｅ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｃ Ｃ Ｄ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ
历了 Ｃ Ａ一２ ６ ０， Ｃ Ａ一２ ６ １ ， Ｃ Ａ一２ ６ ５， Ｃ Ａ一２ ７ ０， Ｃ Ａ一２ ９ ５
术对体积和重量的特 殊要 求 ， 其 体积 和重量 的减 少就
意味着飞行速度、 飞行时间 的增加 。根据焦距 、 相对孔
等几个不 同系列 。其 中 Ｃ Ａ一 ２ ９ ５— Ｒｅ ｓ ｏ ｌ ｕｔ ｉ ｏ ｎ Ａｅ ｒ ｉ ａ ｌ ＣＣＤ Ｄｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ Ａｉ ｒ ｂ ｏ ｒ ｎｅ Ｃａ ｍｅ ｒ ａ
Ｃ ＨＥ ＮＧ Ｘｉ ａ ｏ ｗｅ ｉ ， Ｃ ＨＥ Ｙｉ ｎ ｇ ， ＸＵＥ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｏ ｐ ｔ ｏ ． Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ ２ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
视相机 ， 它是美 国现役侦察相机 中较高档 的类型 ， 也是
世界上最先进 的航空相机 。可 以红外和可见光双 波段 同时或分别拍 照。它采用 了先 进 的数 字信 号处理 、 稳 像和长焦距倾斜控制技术 。表 １为该相 机 的主要技术
参数 ， 图１ 为Ｃ Ａ一 ２ ９ ５相机外形 ， 图 ２为相机的可见光 光学系统 图。
射 系统对气压变化也相 当敏感 。因此折射式 系统 比较
适合孔径 比较小 ， 视场 比较 大 ， 波段 比较 窄的系统。图
３为某航 空相 机折射 系统图。
图 ３ 折射系统
Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｒｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
折反射式系统优点光焦度几乎 由反射面产生 ， 而反
小， 一般在 ２ 。 以内， 像差有时得不 到很好的校正 ， 因此可 将次镜和校正组 中的某 片透镜采 用非球面来适 当增大
视场和校正高级像差 。图４为卡塞格林系统结构 。
射面不产生色差 ， 因此二 级光谱很小 ； 而且 反射 面前后 均为空气 ， 因此 气压变化 反射镜对像 面位移无影响 ， 而
图１ Ｃ Ａ一２ ９ ５相 机
Ｆ ｉ ｇ． １ ＣＡ 一２ ９ ５￣ ａ ｒ ｔ ｌ ｅ ｒ ａ
折射元件 的光焦度很小 ， 所以折反系统对环境气压变化 不敏感 ； 折反系统的结构也 比折射系统简单得多。缺点 是有 中 心 遮 拦 ， 会 损 失 能 量 和 降 低 调 制 传 递 函数 （ Ｍ Ｔ Ｆ ） 。常用的折反式系统为卡塞格林 系统 ， 视场 比较
路和公路建设以及军事侦察等诸多领域得到了广泛的
应用。
航 空成像质量 是航空 相机 最关键 的性 能指标 ， 受
光学系统形 式 制 约 的同 时 ， 还 受 温度 、 压力、 像移、 振
动、 飞行姿态 和 Ｃ Ｃ Ｄ器件等多种 复杂 因素 的影响 。如
角３ ． ９ 。 ， 用 ５片 Ｃ Ｃ Ｄ， 每 片有 １ ７ ２ ８个像元 ， 像元尺 寸
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｉ ｉ ｔ ｃ ａ ｌ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ．Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｏ ｆ ａ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ｉ ｓ