像移补偿（IMC）是一种摄影装置在曝光过程中补偿被摄景物的像与感光面之间的相对运动的技术。这种相对运动称为像移，会导致所得到的像模糊，用摄影机拍摄运动着的物体，或从行驶的车、船或飞行中的飞行器上进行拍摄，都会产生像移。尤其在航空摄影中，因装载航空摄影设备的飞行器始终处于运动状态，而成像又需时间长度有限的曝光（快门打开），所以影像与感光之间必然会有相对运动。
系统要求
航空、航天相机拍照时, 由于振动、飞行器的运动及相机摆动等使相机在曝光时, 被照物影像与感光介质间存在相对运动, 带来了成像模糊及拖尾效应, 此即像移。按产生原因的不同分为以下几类 :飞行器前向飞行造成的前向像移;飞行器姿态变化带来的随机像移;飞行器震动及气流波动引起的震动像移;
相机镜头扫描产生的摆扫像移等。像移的存在极大影响了相机成像质量, 使图像分辨力明显下降, 必须进行像移补偿。像移补偿系统应满足以下几方面的要求 :
(1)保证像面上各点的补偿精度即像移补偿残差在允许范围内;
(2)补偿系统不能影响其他部分的工作;
(3)不降低成像质量, 即不能导致离焦、降低透光率等现象的发生;
(4)在像移速度范围内能简单补偿而不需外加设备或复杂的人工干预。
像移补偿主要应用在空间遥感成像、军事侦察和航空测量与测绘等领域。
像移补偿器
对遥感平台相对于所摄目标前移运动引起像点移位的自动补偿校正装置。随平台运动的摄影机，在曝光的时间内，地面点的影像沿航线方向移动，使影像模糊。补偿器的作用是使吸附在摄影机压片板上的感光胶片在整个曝光时间内沿航线方向移动相同的像移值，从而消除或减小像移的影响。
航天摄影和低空航空摄影中使用的摄影机一般都带有像移补偿器。
实现途径
机械式像移补偿法
利用机械结构在曝光时随影像运动方向移动感光介质的补偿法为机械式像移补偿法。它要求介质运动矢量与光学影像运动矢量的大小、方向一致且系统的制作精度要求非常高、运行必须稳定可靠。该补偿法适用于地球转动、飞行器横滚、俯仰和相机扫描引起的像移, 主要用在胶片式垂直照相相机上。实现时是用拉动型量片机构移动胶片并精确控制卷片机构以保证必要的补偿精度。美国的KA-112A航空侦察相机用移动胶片法消除扫描和横滚造成的像移;我国某航天飞行器上的相机也用到了此方法减小像移。
机械补偿法优点是感光面上各点的补偿速度一样且没附加系统, 但对结构的运行及制作精度要求高、需大功率传动装置, 限制了它在航相机特别是广角镜头相机上的应用。
光学式像移补偿法
按照与相机焦面上像移速度一致的原则旋转或移动光路元件以改变光线方向的补偿法即光学式像移补偿法。常用旋转物镜前方的回转反射镜补偿前向像移, 如图1 。
地物点A 经反射镜和透镜后成像在焦平面a点, 曝光时以一定角速度ω旋转反射镜, 使再次成像点a′保持在原位置(a 点)以实现前向像移补偿。已知飞行器飞行速度为V , 飞行高度H , 则反射镜旋转的角速度ω为
此补偿法的反射镜体积小、重量轻且易控制, 除补偿前向像移外还能补偿俯仰和偏航引起的像移, 主要用在长焦距全景相机上。上述KA-112A 航空侦察相机和美国芝加哥航空工业公司20 世纪80 年代初研制的KS-146 长焦航空相机都采用了这种补偿方法, 该补偿法较多采用。
电子式像移补偿法
电子式像移补偿方法主要是针对CCD 相机利用一系列CCD 电荷转移驱动技术来控制CCD 曝光的补偿法。国内外采用的电子式像移补偿法有真角度像移补偿法、面阵TDI 模式像移补偿法和阶梯式像移补偿法。
TDI CCD(Time Delay and Integrate Charge CoupledDevice)的工作原理如图2 。
TDI CCD 是一种线阵CCD , 它的突出特点是在运动中成像。图2 中TDI CCD 行数为延迟积分的级数(M ), 当沿着CCD 级数方向推扫成像时, 在第一个积分周期目标在某列第一个像元曝光积分, 得到的光生电荷下移一个像元;在第二个积分周期目标恰好移动到该列第二个像元处曝光积分, 得到的光生电荷与上一像元来的电荷相加后移到下一像元;…… ;直到第M 个积分周期目标移到该列第M个像元曝光积分, 产生的光生电荷与前(M -1)个电荷相加后移入读出寄存器并读出。TDI CCD 级数方向的电荷转移是靠外同步信号触发的。图2 中M 列像元实际是TDI CCD 的同一列像元在M 个积分周期内对目标的曝光。
真角度像移补偿原理如图3 , 它是针对TDI CCD的成像原理即在运动中成像的特点, 利用与相机镜筒同轴安装的光学式编码器的输出作为CCD 的行转移外同步信号, 让编码器每位对应的角度与TDICCD 每个像元对应的角度相等, 使CCD 的行转移速度与像移速度同步来补偿由相机扫描引起的像移,一般用于TDI CCD 全景式相机的摆扫像移补偿上。
阶梯式像移补偿法是针对面阵CCD 感光面上的前向像移速度不一致的补偿法。原理是基于上述面阵TDI 模式补偿法, 依据像移补偿精度要求将面阵CCD 的若干列像素划分为两个或两个以上的组合列, 这些组合列被独立的、按照像移速度变化规律变化的离散脉冲来同步电荷转移速度和像移速度, 每个组合列内部的每列用统一的电荷转移速率。
阶梯式像移补偿法的组合列划分得越多, 像移补偿精度越高;反之精度越低。它已应用在美国CA-260 、CA-270 、CA-290 等电光分幅式航空侦察相机上。
像移补偿精度
像移补偿精度定义为：补偿后的剩余像移量与像移量之比，或补偿速度误差与补偿速度之比，用百分数表示
式中，
γ——像移补偿精度，%；
△d——补偿后的剩余像移量，μm；
d——像移量，μm；
△Vc，——补偿速度误差，mm/s；
Vc，——补偿速度，mm/S．
像移补偿精度要求主要根据相机的分辨率确定，允许像移量与分辨率之间可以用下式表示．
式中 R0——静态分辨率，对线/mm．
例如，R0=85对线/mm，△d<1/(2×85)mm=5.9μm，考虑其他因素影响，要求△d为3μm(rms)．也可以根据像移对MTF的影响求出△d，确定像移补偿精度．对中等分辨率的普查相机的像移补偿精度要求1%～1.5%，对高分辨率的详查相机或高精度测绘相机精度要求优于0.5%．
相机的像移补偿精度取决于相机地面摄影分辨率和相机的曝光时间，随着相机地面摄影分辨率的提高和曝光时间的加长，相机的像移补偿精度也应相应的提高．为了减少运动对分辨率的影响，通常空间相机采用较短的曝光时间，如1/200 s．
影响像移补偿精度的主要因素有：像移补偿机构精度(含补偿机构的制造精度，控制电路的控制精度)，相机焦距的测量精度和卫星的V/H引入精度．如果采用移动胶片的机械补偿方法，凸轮制造误差可达微米级，电路控制误差优于0.1%，焦距测量误差0.05%，相机的像移补偿精度可达到0.5%．V/H值由卫星提供，精度可达到0.3%．
应用实例
减少像移应从多角度综合考虑, 针对像移形成的不同原因采用对应的补偿方式。图4 为一种TDICCD 全景式航空相机的工作原理图。
图中相机内部采用折反式光学系统, 扫描反射镜和焦面反射镜与照相物镜安装在一起, 构成一个称为镜筒的整体。相机水平安放, 与飞行方向平行,当镜筒绕水平轴旋转时来自地物的光线经大气射到与水平光轴成45°的扫描反射镜上, 折转90°后射入照相物镜, 以会聚光束的形式射到与扫描镜平行的焦面反射镜上, 又折转90°后将地物成像在TDI CCD焦平面上。相机镜头焦距f =1500mm , TDI CCD 像元尺寸b =0 .013 mm , 编码器刻画线数n =225000 。α为扫描角, φ为偏航角, ﹒φ为偏航角速度, θ为俯仰角, ﹒θ为俯仰角速度, 飞行速度为V , 飞行高度H 。
相机采用光学式回转反射镜法补偿前向像移、飞行器俯仰及偏航引起的像移, 反射镜旋转速率ω定为
采用
旋转编码器外壳的方法补偿相机横滚产生的像移。设横滚速度为φ, 编码器的轴与镜筒连接,编码器外壳固定在相机框架上, 旋转编码器外壳使其产生一个反向角速度-φ进行横滚补偿。
用电子式真角度补偿法补偿相机摆扫引起的像移。编码器刻线上每位对应的角度ε为
TDI CCD 每一个像元对应的角度δ等于:
则修正系数k =ε/ δ≈3 .2221 。
利用镜筒与编码器间的传动机械结构来保证k值的实现。
发展趋势
首先, 随着CCD 等感光器件的广泛使用, 数字化像移补偿即图像式像移补偿法将是重点研究的内容;其次, 综合利用多种像移补偿方式于同一个相机上从而获得更好的成像质量及图像分辨力是一个共同的方向;最后, 由于分幅式成像即按帧成像在曝光时间、图像信息判读以及容错性方面相对于全景式扫描成像有绝对的优势, 所以针对帧成像方式应该研究更有效的像移补偿方法。
我国航相机的像移补偿精度与西方军事强国差距较大, 成为制约航空
航天摄影成像质量的重要因素。经过多年努力与创新, 差距正在缩小, 相信不久像移补偿精度将会快速提高。