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1、ccd立体相机百科名片立体相机立体相机是进行立体成像的关键组成部分。由于在日常生活中很难接 触到，一般人可能会对立体相机感觉比较陌生，但事实上这项技术已 经诞生很久了。早在古希腊时代，欧几里德就已经发现，人们左右眼 所看到的景物是不同的，这也是人们能够洞察立体空间的主要原因， 用现代术语就是双眼视差(binocular parallax),这也是立体影像的基本原理。嫦娥号的立体眼镜所谓立体测绘，就是对物体表面进行全范围的测绘。目前世 界上主流测绘方式包括：立体观测、雷达干涉测量和激光扫描测 绘。其中，立体观测技术最为成熟，已经有了 100多年的研究历 史,毫无疑问也是当今各国用于月球立体测绘的
2、首选通用型技术。 立体观测使用人眼左右视差的视觉原理来获取三维信息。嫦娥一 号为此就搭载了 1台CCD立体相机和1个激光高度计，组成1 套立体眼镜”。立体相机简介 概述由于目球表面坎坷不平,普通典所拍摄到的平面图像不能 获得视线深度方向上的影像数据，因此需要使用立体相机。静态景物拍摄和动态景物拍摄两大类立体成像的拍摄可分为静态景物拍摄和动态景物拍摄两大 类。静态景物的拍摄，只需要使用一部照相机，在某一个位置角 度先拍一张照片，然后平行移动照相机一段距离再拍一张，这样 就得到了一组具有视差的立体照片。动态景物的拍摄，则需要利 用特殊的立体柜机（如双镜头相机），或者两部照柜机一次同时 拍摄两张照片
3、。早期技术早期的立体成像技术主要依靠传统照相机来拍取一组立体照 片，并且透过立体镜来重现立体影像。由于ccd立体相机传统立体照柜制作繁琐、不易流通等因素，仅限于专业摄影及少 数特殊的领域，无法像传统的平面照柜一样深入各层面。随着科 学技术的突飞猛进和CCD数码相机的出现，立体影像的技术与 应用有了突破性发展。CCD立体相机2007年10月24日，嫦娥一号探月卫星在西昌卫星发射中 心成功发射，奔向距离地球约38万公里外的月球。本次探月， 普通人也有望看到月球的真实面貌，这都归功于立体影像技 术。中国首幅月图由嫦娥一号卫星搭载的CCD立体相机采用线 阵推扫的方式获取，轨道高度约200公里，每一轨的
4、月面幅宽 60公里，像元分辨率120米。一般相机拍摄到的都是平面图像, 月球表面有很大的起伏，平面图像不能获得视线深度方向上的影 像数据。我国虽然是首次探月，但科学家们要求第一步就得到全 月的立体图像，这给相机的研制带来很大的挑战。嫦娥一号 所用的CCD立体相机在研制中采用了许多创新技术，并在国内 外首次提出采用一个大视场光学系统加一片大面阵CCD芯片， 用一台相机取代三台相机的功能，实现了拍摄物的三维立体成像。 立体相机在工作时，只采集三行CCD的输出，分别获取前视、 正视、后视图像，随后进行处理形成立体图像。由于立体相机固 定在卫星上不能自由转动，所以它只是随卫星与月球间的相对运 动，对月
5、球表面进行扫描成像。假如没有这台先进的立体相机, 按照传统的技术方案就需要在卫星上安装3台相机从3个角度对 月球表面同一点拍照。但是，这样会造成有效载荷的重量的增加, 由此对火箭的发射能力、卫星的体积和重量及其他配套设施的改 造增加一系列技术难度，并使更多科学探测设备在卫星上搭载受 到限制。同时这台CCD立体相机还以设备的小型化和轻量化提 高了对空间环境的适应能力。 目前全世界已拍摄的月球立体照 片数量有限且不完整。这次探月如果顺利进行，我们就能看到由 中国人拍摄的系列全月地形地貌立体照片。当然，对于科学家 来说，月球的立体影像资料的价值远不仅仅是为了让大家能看到 月球的地貌图片，科学家将根据
6、这些立体画面划分月球表面的构 造和地貌单位，制作月球断裂和环形影像纲要图，勾画月球地质 构造演化史，研究月球、宇宙的起源。同时这些图像还将为我国 后续的二期、三期探月工程服务，包括为下一步月球车以及宇航 员登月选择着陆地点提供科学依据。CCD （ Charge-Coupled Device ,电荷耦合器件）是可用于 立体相机的一种重要组成部分。它一种光敏半导体器件，其上的 感光单元将接收到的光线转换为电荷量，而且电荷量大小与入射 光的强度成正比。这样，矩阵排列的感光单元构成的面阵CCD 便可传感图像。CCD现在被广泛应用于数码相机和数码摄像机 中，ccd立体相机所拍同时也在天文望远镜、过道仪和
7、条形码读取器中有应用。嫦娥一号所使用的CCD立体相机在研制中采用了许多创新 技术，如首次提出采用一个大视场光学系统和一片大面阵CCD 芯片。它用一台相机取代三台相机，能够实现拍摄物的三维立体 成像。立体柜机在工作时，采集CCD的输出，分别获取前视、 正视、后视图像，随后进行处理，形成立体图像。CCD立体相机 以自推扫模式工作，为了重构月表立体影像的需要，在设计上做 了特殊处理。卫星在飞行时，CCD立体相机沿飞行方向对月表目标进行推 扫，可以得到月表目标三个不同角度的图像。由于立体相机固定 在卫星上不能自由转动，所以它只是随卫星与月球间的相对运动 而移动，对月球表面进行扫描。这台CCD立体相机还
8、以设备的 小型化和轻量化提高了对空间环境的适应能力，它降低了有效载 荷的重量，这使得火箭的发射能力、卫星的体积和重量及其他配 套设施的改造等一系列技术问题的实现难度得以降低。目前，世界上现存的月球立体照片数量有限且不完整，如果 这次探月能够顺利完成，那么我们就能够得到栩栩如生的全月地 形地貌的立体照片。获取完整的月球立体影像资料不仅是为了让大家能看到月球 的地貌图片，它具有深远的研究价值。科学家可以根据这些立体 画面划分月球表面的构造和地貌单位，制作月球断裂和环形影像 纲要图，勾画月球地质构造演化史，研究月球、宇宙的起源，并 为下一步月球车以及宇航员登月选择着落地点提供科学依据。我 们期待早日
9、看清月球的庐山真面目！相关背景知识介绍嫦娥一号CCD立体相机工作原理简介CCD立体相机是嫦娥一号获取月球表面三维影像的主要光 学遥感器（除此之外还有“激光高度计”等）.嫦娥一号携带的是采用 三线阵工作原理的相机.所谓三线阵就是说,ccd柜机对同一月球 表面目标以不同的视角拍摄前视,正视及后视三幅二维平面图.图 像通过信号传输系统传回地面后，相关技术人员再对这些图片进 行处理（即“三维重建）就可以绘制出月表的三维立体影像.与其 它采用三线阵原理的立体相机不同的是,嫦娥一号所携的这台 CCD立体相机并没有采用”3台相机分别指向3个方向”的做法， 而是只采用一组镜片和一片面阵CCD,采集前中后三条线
10、的数据, 这样做大大地简化了立体相机整体的结构，为“嫦娥一号”节省了 更多的宝贵空间和质量.“CCD”介绍CCD（Charge-Coupled Device,电荷耦合器件）是数码相机 里的一个重要部件它是一种光电转换器件,用集成电路工艺制成,它以电荷包的 形式储存和传送信息，主要由光敏单元，输入结构和输出结构等部 分组成.CCD上的感光单元将接收到的光线转换为电荷量,而且电 荷量大小与入射光的强度成正比.这样，矩阵排列的感光单元构成 的面阵CCD便可传感图像用一个形象的比喻来说明,CCD的结构 就像一排排输送带上并排放满小桶，光线就像雨滴撒入各个小桶， 每个小桶就是一个像素.按快门拍照的过程，
11、就是按一定的顺序测 量一下某一短暂的时间中，小桶中落进了多少“光滴”，并记在文件 中.“三维图形“与“二维图形”所谓三维理解是指对被观察物体的形状，尺寸，距离，质地和运动特征（方向和速度）等的理解.这样就 会形成立体感.在计算机里显示3d图形，就是说在平面里显示三维 图形,不像现实世界里，真实的三维空间，有真实的距离空间,计算机 里只是看起来很像真实世界，因此在计算机显示的3d图形,就是让 人眼看上去就像真的一样.人眼有一个特性就是近大远小,按现在 的理解，人类视觉系统的感受部分视网膜，就是一个二维采样系统. 三维物体的可见部分成像到视网膜上，人们按照视网膜上的像来 对物体进行三维理解.计算机
12、屏幕是平面二维的，我们之所以能欣 赏到真如实物般的三维图像，是因为显示在计算机屏幕上时色彩 灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉，而将二维的计算机屏幕 感知为三维图像.基于色彩学的有关知识，三维物体边缘的凸出部 分一般显高亮度色，而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色. 我们一般用视觉传感器来获得图像信息.它可以分为两类,第一类 是摄像机等获得的数字灰度图像，这样的图像一般与物体的反光 强度有关.但这样的图像不给出直接的三维信息，对计算机来ccd立体相机说，难以从这种图像上理解和推断图像上各个部分之间的空间关 系.第二类是三维视觉传感获得的距离图像,这种图像与摄像机获 得的数字灰度图像的主要区别
13、在于:图像上每一点的像素值不是 亮度而是距离.这样的图像与距离无关，不但能明确地标示图像中 的位置关系,而且物体的三维外形与物体表面形状相同，因此，利用 计算机从这种具有的三维信息的图像上识别物体形状比灰度图想 要容易.“三维重建”一般我们得到的图像信息都是摄像机等获得的数字灰度图像. 这样我们就要进行三维图像重建.我们可以利用不同视点上的也 许是不同时间拍摄的两幅或更多幅图像提供的信息重构三维图像. 简单的说，就是利用两个摄像机同时拍下两幅图像或用一个摄像 机沿任一轨道顺序拍下图像这样我们就可以通过对获得图像建 立点点对应的关系，求出二者之间的差值而获得图像的深度信息， 再经过进一步的处理就可以获得三维空间的景物.立体照相的历史立体照相技术起源于19世纪30年代,Wheatstone于1838 年发明了立体镜。立体镜由两面彼此垂直的镜子所组成，左右照 片分别放置在照片的夹具上，转动游戏杆将照片调整至适当位置 即可看到立体影像。1839年，Daguerre发明了银盐版照相法，不但奠定了照相 的基础，同时也带动了立体照相的蓬勃发展。1849年，David Brewster以凸透镜取代立体镜中的镜子，发明了改良型的立体镜。