多感測器取像系統波段對準技術
多光譜機載數位取像系統分為單感測器掃描、線性感測器掃描及採用二維感測器直接 取像。運用單感測器與線性感測器方式進行掃描需要配合高頻率且精確的系統姿態 參數，因此除了取像系統之外，需要另一精密姿態量測系統方可取得二維地面影像。 而採用二維陣列感測器進行取像是直接取得二維影像。在飛機姿態搖晃且無姿態測量 系統前提下，只有採用二維陣列感測器的影像才有進一步處理的可能。
在各波段分光方面，在單感測器與線性感測器掃描系統中，只要在感測器前加裝該波段 濾光片即可界定該波段光譜範圍。使用掃描方式取得影像有一個特性，就是這些掃描的 點或者線並非同時取得，必須參照各時間點上的系統姿態與位置參數將這些點或線連結 起來成為影像。同樣的，各個波段影像的連結也必須靠各時間點的姿態與位置參數， 換句話說，對這些掃描取像系統而言，同一位置的各波段影像其實是在不同時間取得。 這些不同波段之相同位置影像必須有各時間點的姿態參數才能加以套合。反之，使用 二維感測器系統可同時取得各波段影像，這使取得各波段影像可以在無姿態參數的情況下 進行套合。本中心所發展的機載取像系統是在無姿態參數的前提下，因此採用二維陣列 感測器同時取得各波段影像。
有關多波段二維陣列取像系統的分光方法有多種方式，基於組裝與校準的考慮與界定 光譜範圍的要求，本中心機載多光譜取像系統採用每個波段使用一個鏡頭的模組化設計， 利用濾光片界定各波段波長範圍。為了保證各波段取得同一區域影像，必須將各波段 光機模組對準同一目標。因此為達成此一目標，特別於實驗室發展出各波段間對準的 程序。
首先，於機構設計上利用一儀器板做為基板，各波段模組分別透過調整機構固定於 此基板。這調整機構可以讓各波段取像模組相對於基板進行姿態調整 (如圖一)。由於 機載取像系統定焦於無窮遠，實驗室進行調整時採用準直儀來產生無窮遠的物，考慮 口徑必須足夠包含四個波段鏡頭的入瞳，採用大型準直儀來進行調整 (如圖二)。光源 使用直徑為 100 µm 的針孔作為圖樣，由於準直儀的焦長為 4002 mm， 取像系統鏡頭的焦長約為 36 mm，其成像直徑約為 0.9 µm，遠小於本中心所 採用的 CCD 的畫素大小 (9 µm × 9 µm)，針洞的像可在一個畫素 之內。
圖一、取像模組調整機構
圖二、調整測試架構示意圖
此姿態調整是指波段模組相對於儀器板而言。各波段模組相對於儀器板進行姿態調整 並加以固定，使取得影像對到同一區域。感測器與鏡頭於調焦時已完成結合，此模組 是透過六個螺絲與基板結合，其中三個螺絲為結合用，另三個螺絲作為姿態調整用 (如圖一)。結合部位有溝槽的設計，感測器模組可以進行自旋，如此可以調整影像 四邊形的角度，將各波段模組的影像角度調整到相同。
調整步驟是先將輔助機構之傾角歸零，旋轉光學桌之旋轉角歸零，儀器板上裝一個波段 模組並與輔助機構結合後，調整該波段模組的姿態，使針孔的成像位置約為影像的中心。 利用水平轉角變異調整該波段模組的旋轉姿態，完成旋轉姿態調整後，再度將旋轉光學 桌的旋轉角度歸零。細調成像位置使其與中心像素在 x 與 y 方向偏差 小於五個像素。其他各模組依相同程序裝上儀器板上進行調整，使各模組中心成像位置 與中心像素的距離在五個像素內。
各波段的成像坐標與中心像素之間的差，都調整在五個像素內。水平調整 −10° 與 +10° 的成像位置 y 方向其誤差在一個畫素之內。
| B1 | (1016,1025) |
| B2 | (1012,1023) |
| B3 | (1013,1024) |
| B4 | (1014,1026) |
| +10° | −10° |
|---|---|
| (1722,1025) | (311,1025) |
| (1724,1023) | (310,1023) |
| (312,1025) | (1720,1024) |
| (310,1026) | (1723,1026) |
各波段的水平調整已經把場角差 20° 的兩點成像位置 y 坐標相差調整到 一個像素之內。B1 與 B2 波段的感測器在同一方向，B3 與 B4 波段感測器在另一個 方向，兩個方向互為 180° 倒轉。因此離軸成像位置 B1 與 B2 波段成像在同一邊， B3 與 B4 波段成像在另一邊。經由中心點與水平調整，取像系統各波段取像範圍已經 對到無窮遠的共同標的物上。波段對準調整後，機載取像系統可經由選取控制點的方式 將同一時間同一地點取得之各波段影像任選三個影像，套合成彩色影像。套合時，以其 中一個波段影像為準，其他波段影像經由平移，比例調整與旋轉三個動作將影像調整到 與基準波段影像相同。
圖三、機載取像系統各波段於同一時間取得影像
圖四、套疊後之彩色影像
機載實際取像測試驗證了實驗室進行的波段對準程序已將取像系統各波段取像範圍對到 相同的範圍。這個機構設計經過小幅修改可用於其他多感測器系統如立體相機等。
二維感測器之空載取像系統由於單個感測器陣列的感測器數目還無法同時滿足解析度與 取像範圍的需求，使用多感測器同時取像之後進行影像拼接是必然趨勢。這種多感測器 取像系統中各個感測器的相對姿態調整可以用相同的對準程序進行。
更新日期：2005 年 3 月 1 日
