多TDI-CCD拼接相机成像非均匀性的校正

针对多TDI-CCD拼接相机存在成像非均匀性问题,开展了对拼接相机输出图像的片内及片间综合校正算法研究。结合CCD相机特性介绍了TDI-CCD的工作原理以及拼接相机成像非均匀性的产生机理。然后,分别对拼接相机片内及片间非均匀性校正的原理进行分析,提出了片内采用两点法校正,片间采用比值平均综合法校正。最后,对片内及片间综合非均匀性校正的参数标定及校正方法进行了探讨。实验结果表明,对存在8.4%非均匀性的原拼接输出图像,采用片内与片间综合校正法校正后,图像非均匀性达到了2.7%,表明该校正方法可基本满足TDI-CCD拼接相机对成像非均性校正的要求,其算法有效实用。

TDI-CCD相机的1.06μm激光饱和干扰实验研究

激光干扰是对抗成像观瞄设备和精确制导武器,保护己方目标的重要方式。目前,对图像传感器的干扰效果研究主要集中在CCD相机和CMOS相机,对TDI-CCD相机干扰效果的研究较少。为了研究激光对TDI-CCD图像传感器的干扰效果,利用1.06μm高重频激光开展了对TDI-CCD相机的饱和干扰实验研究。实验中测量并计算了TDI-CCD相机的图像饱和及过饱和激光功率密度阈值,分析计算了饱和干扰象元数与激光入射功率之间的关系,TDI-CCD相机工作行频与干扰效果的关系。解释了副光斑、过饱和现象及圆环状光斑的形成原因。实验结果表明,1.06μm激光对TDI-CCD相机饱和干扰阈值为7.9×10-4W/cm2,过饱和干扰阈值约为4.7 W/cm2,1.06μm激光可作为对抗TDI-CCD相机的有效干扰手段。

光学拼接误差对TDI-CCD相机的影响

光学拼接是扩大CCD相机视场的有效方法,其关键技术为拼接精度的设计计算和正确评价。为了对光学拼接的工艺性进行有效评价,指导CCD光学拼接的设计,以光学调制传递函数(MTF)为其评价函数,分别对光学拼接的搭接误差、直线性误差、共面性误差对时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)相机光学传递函数的影响进行了理论分析,给出了各种光学拼接误差对光学系统传递函数的调制方程,为光学拼接技术的精度评价提供了理论依据,能够有效指导光学设备焦平面组件的工程设计。

月球探测器TDI-CCD相机成像质量影响因素分析

TDI-CCD相机可以通过多级CCD积分,获得相对较高的信噪比,从1992年开始逐步广泛应用于航空和航天领域中的高分辨率成像任务中。目前TDI-CCD相机已成为高分辨率成像探测的重要手段。根据月球环绕探测任务中TDI-CCD相机的工作环境特点,定量分析了相机的姿态误差、速高比失配等因素对成像质量的影响,并对其中的主要影响因素——速高比失配,提出了适合于月球环绕探测任务特点的补偿途径。

TDI-CCD高分辨率空间相机多功能调焦控制系统

为了提高TDI-CCD高分辨率空间相机离焦补偿的可靠性,保证相机的图像质量,提出一种多功能调焦控制系统。首先,详细分析离焦补偿的需求,提出位置闭环、温度闭环、图像闭环和位置开环四种调焦方法;然后,介绍系统的构成及工作原理;最后,对四种调焦方法进行设计和实验验证。实验结果表明:位置闭环调焦控制误差不大于1.3μm,温度闭环调焦控制误差不大于1.4μm,图像闭环调焦控制误差不大于2.3μm,位置开环调焦控制误差不大于3.4μm,四种调焦方法的控制误差满足系统设计要求,有效地提高了TDI-CCD高分辨率空间相机离焦补偿的可靠性。

科学级TDI-CCD相机噪声抑制及实现

为提高科学级TDI-CD相机的工作性能,简要分析TDI-CCD视频信号的噪声和解决方法;给出TDI-CCD相机视频处理电路各个组成部分的设计,利用FPGA设计科学级TDI-CCD相机并进行动态实验及辐射定标实验。实验结果表明,该视频处理电路在本身引入噪声较小的同时,有效地抑制了TDI-CCD的噪声,获得较好的图像;数据输出速率在55MHz时,整机信噪比(S/N)在51dB以上。

偏流角误差对TDI CCD相机成像的影响与仿真

本文分析了TDI CCD相机的偏流角调整过程和偏流角误差匹配的影响因素,依据偏流角误差导致的姿态稳定度偏差对相机成像质量的影响,建立推扫相机像点与物点一一对应的数学模型,根据TDI CCD成像时超出对应像素的横向与纵向偏移量的累加计算,仿真卫星姿态稳定度改变时相机的成像;同时,利用单轴气浮转台和面阵CCD进行成像实验,将实验条件的像移速度与仿真条件的像移速度匹配,并对面阵CCD成像进行偏移量的累加,模拟推扫CCD成像,最后利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像与实验成像质量。仿真成像与实验成像在对比度和互相关相似性测度上相差为0.03左右,能较好满足地面卫星相机连调试验的图像仿真。

卫星姿态精度对TDICCD相机的影响

正确的姿态控制精度是TDICCD卫星相机正常工作的基本前提 .通过分析、计算卫星姿态控制精度导致的像移量及其与调制传递函数的对应关系 ,给出了TDICCD相机对卫星姿态精度的要求 .实例计算结果表明 ,TDICCD相机对卫星姿态控制精度的要求比普通CCD相机的要求高 ,且随着TDI积分级数的增加 。

基于辐射传输模型的TDI CCD遥感相机信噪比分析

信噪比是定量评价遥感相机成像质量和辐射性能的一项关键指标,信噪比的估算和测试对于遥感相机的研制至关重要。针对TDICCD相机从辐射传输和能量转换的角度推导了信噪比计算公式,基于大气辐射传输模型MODTRAN 4.0从理论上估算了某遥感相机在各种观测条件下的信噪比,结果表明:在典型观测条件下相机的信噪比不低于20dB。作为试验验证,利用积分球光源对相机进行了各种照明条件下的信噪比测试,测试结果证实了理论模型的正确性。

基于辐射亮度反演的TDI CCD相机的响应非均匀性校正

分析了TDI CCD的各种噪声,重点研究了响应非均匀性和固定图形噪声对成像质量的影响,通过辐射亮度反演的方法对响应非均匀性进行了校正。实验结果表明,该校正方法能够有效去除响应非均匀性造成的条纹,得到清晰的图像。

TDI CCD相机的卫星姿态稳定度确定

为解决卫星平台振动造成的图像质量下降问题，提高TDI CCD相机成像质量，分析了卫星姿态稳定度的范围及影响。讨论了卫星平台振动与TDI CCD成像质量的相关性，推导了卫星平台姿态稳定度和像移的关系公式，得出TDI CCD相机对卫星姿态稳定度的要求与轨道高度以及积分级数有关。实验验证了公式推导，结果显示：轨道高度越高，积分级数越大，对卫星姿态稳定度的要求就越严格。数据表明：轨道高度在200～1000 km变化时，对卫星姿态稳定度的要求从0.0377 rad/s提升至0.00635 rad/s；TDI CCD 相机的积分级数在1～100间变化时，对卫星姿态稳定度的要求从0.014 rad/s提升到0.00014 rad/s。本文工作确定了卫星姿态稳定度和轨道高度以及积分级数的关系，有助于TDI CCD成像质量的提升。

应用双排TDI CCD提高空间推扫遥感相机动态范围

考虑空间相机观测场景的动态范围很大,本文提出了采用双排时间延迟积分(TDI)CCD来提高相机动态范围的方案。对两排TDI CCD分别设置不同的积分级数。得到的积分级数高的CCD图像虽然可能存在饱和区域,但暗区域极易分辨;积分级数低的CCD图像虽然不利于暗区域的分辨,但可以较好地观测亮区域的层次。最后,根据积分级数的差别对两排CCD的图像数据进行合成来获得大动态范围图像。结果显示,该方案有效地提高了相机的动态范围,当积分级数分别设置为8和48时,动态范围可以提高15.56dB。

TDI CCD全景航空相机行转移信号产生方法

TDI CCD全景相机照相时需要给TDI CCD施加行转移信号,为了达到相机照相分辨率要求,需保证像速度与电荷转移速度匹配,一般采用固定频率行转移信号或者采用编码器随动产生行转移信号。分析了上述2种方法的不足,提出了以速率陀螺值为基准的行转移信号产生的方法,即根据速率陀螺数据计算分频倍率,依此对高频时钟分频产生行转移信号,并分析了行转移信号的频率偏差对像移的影响。在环境实验室对该方法进行了验证:利用长焦距精密平行光管模拟目标,把相机固定在振动平台上模拟载体的振动环境,相机对靶标成像,分辨率达到62 lp/mm。对比了振动平台静止、振动2种情况下相机拍照图像的分辨率,验证了该方法的可行性。

TDICCD相机像质综合评价研究

基于对影响航天相机成像质量诸多因素的综合考虑,文章试图从一个新的角度提出用MTF与SNR的乘积大于或等于9来综合评价航天相机成像性能的方法,为研制轻型航天相机提供参考。

遥感TDICCD相机侧摆成像及定位精度优化

为了满足空间遥感TDICCD相机侧摆成像时对图像定位精度的要求,提出了一种侧摆成像时图像定位精度优化方法。首先,根据遥感TDICCD相机的工作原理计算了星下点成像和侧摆成像2种模式下的行周期值。然后,在分析了侧摆成像会导致一段时间内出现定位误差太大的原因的基础上,介绍了利用记录3种信息:行周期信号上升沿时刻、行同步信号上升沿时刻和二者之间时间差来对图像进行定位的方法。最后,计算了提出方案的定位误差。实验结果表明,在一次成像过程中,产生的定位误差小于地面像元分辨率大小,能满足系统对于图像定位精度的要求。

星载TDI CCD相机成像仿真系统的实现

以VC++6.0为开发环境,基于航天TDI(Time Delay and Integration)CCD相机地物点与像点的映射模型,开发了TDI CCD相机成像仿真软件系统,建立了由卫星单轴气浮姿态控制仿真台和地面星载TDI CCD相机成像仿真软件系统构成的实时航天TDI CCD相机成像仿真平台,可动态模拟航天TDI CCD相机在进行标称偏流角调节后卫星姿态角速度误差对航天TDI CCD相机成像的影响,仿真结果与实际成像结果基本一致.

航天遥感TDI CCD相机面阵成像模式的实现

为了解决TDI CCD相机无法利用面阵图像来测量光学系统畸变的问题,提出了一种TDI CCD的面阵工作模式。首先,介绍了TDI CCD的工作原理,分析了TDI CCD工作于面阵模式的条件,然后设计了TDI CCD面阵工作模式的电荷转移时序,阐述了TDI CCD工作在面阵模式时行周期和积分时间的设置方法,并在FPGA内实现了TDI CCD面阵工作模式时序。最后,以积分球作为光源,利用TDI CCD相机成像系统实现了TDI CCD相机的面阵模式成像,并获得了TDI CCD相机的清晰面阵图像。理论分析与实验结果均表明,该方法能获得TDI CCD相机的面阵图像,可为光学系统畸变测量提供必备条件。

空间TDICCD相机的便携式图像检测设备

空间TDICCD相机的研发过程中多数图像检测设备采用基于采集卡、海量存储器、PC服务器的结构从而限制了其使用环境,不能适应所有的检测任务。对其检测原理、关键技术和实现进行了详细的讨论。进而提出了一种便携式的图像检测设备。该设备的物理尺寸为320 mm×250 mm×100 mm,采用锂电池供电方式最长可工作3 h,本设备功能完善适应了80%的空间TDICCD相机的图像检测任务。

航天遥感TDICCD相机星上振动实时检测

为了对航天遥感相机焦平面振动进行实时检测,提出了一种利用CMOS图像传感器和快速灰度投影算法的振动实时检测方案。首先,分析了航天遥感相机焦面振动检测系统要满足的条件,提出了一种在焦面空闲处安装CMOS图像传感器的结构来获取图像序列,然后对传统灰度投影算法进行了改进并利用该算法计算了图像序列间的振动量,最后,利用FPGA对算法进行了实现。理论分析和实验结果均表明,提出的方案能满足航天遥感相机对焦面振动检测的要求。

TDI CCD相机实验室辐射定标的研究

TDI CCD相机辐射定标的目的是建立输入辐亮度和探测器数字化输出之间的关系,为相机提供调光参数。本文推导了辐射定标的原理,并针对特定的TDI CCD相机在应用光学国家重点实验室里使用积分球对其进行了基于光谱辐照度灯的辐射定标,标定了TID CCD相机响应的线性度、TDI CCD相机响应分别与增益和级数的关系,根据实验结果我们得到了在不同的辐亮度值下的增益和级数参考值,从而确定了TDI CCD相机的调光参数,并给出了标定的误差和各项误差源的影响。