遥感相机中时间延时积分电荷耦合器件积分级数的最优选择

针对时间延时积分电荷耦合器件积分级数对成像质量的影响,提出了一种航天遥感相机中时间延时积分电荷耦合器件积分级数的最优选择方法.构造了典型成像系统的信噪比与积分级数关系模型和调制传递函数与卫星姿态角和积分级数的函数模型;以信噪比和调制传递函数的容许值为约束条件,推导出了任意条件下时间延时积分电荷耦合器件的可选积分级数区间并给出了最优的积分级数解,给出了对应的增益设置指导函数.运用仿真实验对该方法进行验证,并与传统方法进行比较,结果表明:该方法能够选取最优的积分级数,从而获得满足信噪比和调制传递函数指标的最佳成像质量;若该值不存在,依然能获取相对最佳的折中值和视觉效果;同时,本文成像效果优于传统方法.

电荷耦合器件积分时间对微型成像系统成像质量的影响

在光圈固定的情况下 ,确定合适的积分时间对于提高微型电荷耦合器件 (CCD)成像系统的成像质量 ,增强微型飞行器的侦察能力具有十分重要的意义。本文讨论了决定CCD积分时间的各种因素 ,重点研究了适用于微型飞行器的CCD成像系统的积分时间与像移的关系 ,并进一步推导了计算像移量的相关数学模型。利用该模型对不同积分时间内采集的运动图像进行了像质评价 ,结果表明 ,在保证曝光量的前提下 ,当像移量被限制在 1个像素内时 。

基于CPLD的线阵CCD光积分时间的自适应调节

在分析SONY公司的ILX5 33K型CCD驱动时序的基础上 ,设计了单片机控制下的光积分时间自适应调节系统 选用CPLD器件作为硬件设计载体 ,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行了硬件描述 采用MAX +PLUSⅡ软件对所做的设计进行了功能仿真 ,并针对ALTERA公司的CPLD器件EP1K5 0进行了RTL级仿真及配置 系统测试表明 。

大视场时间延迟积分电荷耦合器件相机静态传递函数自动测试系统

为了解决大视场时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)相机静态传递函数(TF)测试过程中视场覆盖率不高、测试精度和效率较低等问题,设计了一种全视场静态TF自动测试系统。首先,将整个相机视场以TDI CCD为单元进行划分,移动转台调整TDI CCD对应视场与平行光管的位置关系,计算机接收相机采集的靶标图像,分析靶标图像特征并绘制TF变化曲线,根据TF变化曲线确定每片TDI CCD对应视场的最佳TF测试点,建立位置信息库。然后,计算机根据位置信息自动控制转台,分别移动到每片TDI CCD对应视场的最佳TF测试点,从每片TDI CCD第一个像元开始,以固定步长逐渐向最后一个像元移动,一边移动一边测试TF。最后,绘制大视场TDI CCD相机整个视场的静态TF曲线。实验结果表明:静态TF测试系统覆盖了相机整个视场,测试的静态TF平均值为0.2965,和以前测试方法比较,整个视场的静态TF平均值提高了0.02,同时提高了静态TF测试的精度和效率。

空间相机离轴角引起的积分时间误差分析

光学遥感卫星中空间相机常用的离轴三反光学系统,离轴三反系统能扩大光学系统视场、提高系统调制传递函数(MTF),但是离轴角会带来积分时间不同步的问题,文章对离轴角引起的积分时间不同步而产生的成像品质影响进行了分析。首先对离轴三反光学系统的离轴角建立数学模型后,应用STK软件仿真空间TDICCD相机在不同级数下离轴角带来的摄影点积分时间和星下点积分时间的差异,然后用Matlab编写程序处理得到的不同积分时间的采样点得出结论,离轴角越大,光学系统的传递函数越小,光学相机成像品质越差。在工程应用中,对一个确定离轴角的离轴三反光学系统,通过仿真,对积分时间调整给出了相应设计建议。

多光谱TDICCD航天相机快视一体化地面检测系统设计与实现

针对多光谱时间延迟积分电荷耦合器件(Time Delay Integration Charge Coupled Devices,TDICCD)航天相机的产品研发,提出快视一体化地面检测系统的设计方案,并依托项目实现该设计方案。设计包括主机系统搭建、CXP(CoaXPress)高带宽数传采集卡、测控采集卡、图采测控上位机、光电参数测试、非均匀性校正以及刷新芯片重注等实现。采用一体化设计,所有软硬件全部集成于地检主机系统,方便携带和使用。采用模块化设计方法,使用通用的主机接口,实现多种采集卡在不同主机系统之间交叉使用;使用通用的数据传输接口、RS-422传输接口,使得采集卡不仅适用于本相机的接口协议,也能在修改现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)代码后适用于其他相机。经验证,该地面检测系统能有效完成多光谱TDICCD航天相机的功能测试、光电参数性能测试的要求,为项目顺利进行提供有力保障。

多谱段时间延迟积分电荷耦合器件高速成像系统设计

针对多谱段时间延迟积分电荷耦合器件（TDI—CCD）输出通道多的结构特点和工作频率高的应用要求，提出了一种多谱段TDI—CCD高速成像系统。采用单片可编程逻辑器件作为成像系统的控制核心，实现了视频处理器组的配置与控制以及12路数字视频信号的整合；采用高速集成视频处理器完成模拟输入电荷耦合器件（CCD）信号的视频处理和需精细调整相位的视频处理相关控制信号及水平转移信号的产生；采用高速集成驱动器实现高速低占空比信号的驱动。实验结果表明该系统满足设计要求，在像素时钟为20MHz时工作稳定正常，信噪比大于45dB，动态范围不低于58dB，可同时高速获取分辨率较高的全色图像和光谱信息丰富的多光谱图像。

基于CCD相机的光纤器件透过率测试

提出了利用单积分球和CCD相机对光纤器件透过率进行测量的方案。采用积分球产生漫射光,分别对积分球口的漫射光和放置光纤器件后的透射光光通量进行测试,再通过图像处理软件对所采集的图片处理,以求光纤器件的整体透过率。介绍了系统的光学设计和CCD镜头的选择,通过样品求得其透过率为60.04%。此系统操作方便,测试结果客观、准确,还可以实现对光纤器件的局部透过率、桶枕形失真、分辨力等技术参数的测量。

基于FPGA的CCD光积分时间大范围实时自调节系统

为了提高系统的自适应性、探测能力及测量精度,常常需要系统能根据待测光照强度自动实时大范围地调节电荷耦合器件(CCD)光积分时间。在分析了TCD1304AP型线阵CCD的特性、工作过程与驱动时序的基础上,设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)控制的CCD光积分时间大范围实时自适应调节系统。研究分析了光积分时间计算算法,选用EP1C20F400C8作为硬件载体,使用Verilog语言对算法及CCD驱动时序进行了硬件描述;采用QuartusⅡ软件对设计进行编译、综合,并用Modelsim进行了前后仿真;用自然光与LED光源对整个设计进行了实际测试。测试结果表明系统光积分时间调节范围在10μs～10 s以上,最小调节时间精度为0.25μs,完全可以满足光积分时间的大范围实时自动无极调节。

资源一号02D卫星可见近红外相机技术与验证

资源一号02D卫星主载荷可见近红外相机可以获取2.5m(全色)/10m(多光谱)地面像元分辨率影像、115km大幅宽地面景物,具有1个全色和8个多光谱谱段。为满足多谱段图像信息获取的需求,可见近红外相机从光学系统设计入手,通过采用双通道成像方式实现一台相机设置9个光谱谱段。研制过程中攻克了四色探测器的研制、双通道谱段间的配准、高集成电路设计、光机结构高稳定性设计等关键技术,有效地保证了相机的高性能指标。通过地面测试和在轨运行情况表明:相机设计合理,相机功能、性能满足研制要求,在轨图像品质优异。

相关双采样技术在航天相机中的应用研究

针对时间延时积分电荷耦合器件的视频处理电路,介绍了一种有效抑制噪声的技术——相关双采样技术;讨论了相关双采样技术的工作原理及其对时间延时积分电荷耦合器件读出噪声的滤除作用。实际中,采用一种新的相关双采样器件设计电路,并经过试验验证。通过采用该技术,使时间延时积分电荷耦合器件输出视频信号的信噪比S/N高达50dB。

遥感相机静态调制传递函数的地面测试原理

为了在地面研制阶段精确地测试空间遥感相机在各种空间频率处的调制传递函数,对测试原理进行了理论推导和分析,并基于此开展了整机在各种空间频率处的传函测试实验。在给出了遥感相机调制传递函数的测试实验链路的基础上,推导了各种空间频率的正弦波和方波靶标在整个链路中的光能传递过程,从而得到了遥感相机在各种频率下的调制传递函数和对比度传递函数的理论形式,并证明了在任何频率处二者之间的转换系数均为π/4。最后,在真空环境下进行了相机在1、1/2和1/3乃奎斯特频率下的调制传递函数测试。实验结果表明:某空间遥感相机在实验室条件下测得的1、1/2和1/3乃奎斯特频率下调制传递函数分别为0.21、0.40和0.59。经计算光学系统反推传函与设计传函衰减系数接近1,证明了方法的正确性。

CBERS-02B卫星TDICCD相机的相对辐射定标方法及结果

文章根据CBERS-02B卫星TDICCD相机(简称HR相机)的特点,介绍HR相机的辐射定标方案,并对试验结果进行分析和比较,最后给出了HR相机的在轨辐射校正方案。该方案已经成功应用于HR图像数据的相对辐射校正,对于其它TDICCD相机的相对辐射校正具有参考意义。

一种空间推扫型光学成像系统几何映射方法

卫星光学遥感器在轨成像会受到颤振的影响,因此图像品质受姿态稳定度的影响很大,而高分辨率图像受到平台误差的影响更加明显。通过研究空间相机的几何模型,提出了一种从地球坐标系到空间光学遥感器坐标系之间的转换关系;分析了在轨卫星的姿态误差和运动源,并在几何模型中加入了内外方位元素特征;然后进行了空间TDICCD相机的成像仿真实验。为了在像面上模拟颤振,分别进行不同模态的颤振仿真,并且对视线范围内多模态综合作用进行仿真。仿真实验是基于三个轴系方向的,并且计算了TDICCD仿真图像的几何畸变量,模型中几何畸变量的测量尺度达到亚像素级,结果有利于指导卫星平台和遥感器的参数设计。

TDICCD时序改进方法探讨

文章在介绍了TDICCD时序原理的基础上,结合TDICCD实际应用中的问题,探讨了几种TDICCD时序的改进方法,分别为:TDICCD抽头合成技术、TDICCD连续转移时序技术、TDICCD像元模拟合并时序技术、TDICCD面阵成像技术。文章给出实现这些技术的原理、方案与实施效果。这些技术可以分别实现了减少CCD模拟抽头数量,提高CCD电荷转移效率,提高TDICCD像元的动态响应范围、TDICCD的面阵应用模式的扩展,以及降低TDICCD模拟像元输出的时序噪声的效果。这些时序改进的解决方法通过对图像信号源头进行改进,一方面扩展了TDICCD的功能,提高了输出信号品质;另一方面具有降低系统体积与功耗,缩减成本的功效。

一种多目标引导成像参数和偏流角一体化计算方法

针对卫星执行多目标实时引导成像任务时,星上求解成像参数与偏流角补偿存在耦合,相机指向变化会带来偏流角和姿态变化,进而影响视线指向和偏流角修正精度的问题,文章基于携带一维摆镜的延时积分电荷耦合器件(TDICCD)相机的实时引导成像卫星,提出一种多目标引导成像参数及偏流角一体化计算方法,选择一致的坐标系和公共变量,推导了迭代计算成像参数求解和偏流角的计算过程,通过绕瞬时虚拟光轴旋转进行偏流角补偿,得到相对平缓的偏流角控制目标值用于姿控跟踪。该方法经浦江一号(PJ-1)卫星在轨验证,结果表明:在多目标成像的典型工况下,可在2个控制周期内将摆镜摆角改变引起的偏流角偏差修正到0°附近,摆镜动作引起的三轴姿态突变量小于0.5°,有利于控制系统在较短的时间内跟踪到位。

一种基于多线阵集成TDICCD的低轨成像驱动方法

随着用户对星载对地观测相机的多光谱需求提高,芯片集成化能力的提升,多线阵集成的时间延时积分电荷耦合器件(TDICCD)在航天产品中得到越来越多的重视和应用。文章分析了TDICCD图像传感器在低轨成像时的特点,提出了一种基于多线阵集成TDICCD在垂直转移时间变短情况下的驱动方式,采用现场可编程门阵列作为硬件处理平台,使用高速集成电路硬件编程语言设计了多线阵集成TDICCD驱动时序。经软件仿真验证和硬件实际成像测试,该设计的时序可以满足传感器正确、稳定的工作要求,搭建系统验证了产生时序的正确性,通过采集成像图像并进行了分析,最终确定驱动传感器工作正常,且能有效解决不同线阵间的成像干扰,提高了传感器的成像品质。

航天光学遥感成像半实物仿真系统研究

航天光学遥感器的研究周期长、成本高,为了保证航天遥感卫星在轨成像性能,在卫星发射前,必须在地面进行深入可靠的仿真试验研究。本文建立了由六自由度机械臂为运动平台的航天光学遥感成像半实物仿真系统,首先建立坐标系模型并求取坐标转换参数,然后依据STK(System Tool Kit)软件生成星历数据,经坐标转换后输入到机械臂控制系统,最后根据TDI CCD相机的成像原理,控制机械臂使TDI CCD相机对三维地形沙盘线性推扫,从而获取线阵仿真影像。仿真结果表明,建立了正确有效的仿真坐标系,可快速、稳定、实时地模拟航天遥感对地推扫成像过程,且仿真影像中均匀分布的12个圆形靶标的圆度均优于0.95,证明仿真影像质量较高,可满足遥感目标的探测与识别仿真算法研究的需求,为航天光学遥感成像仿真系统的研究提供一定参考。

高密度模块化TDI CCD成像系统设计

为提升遥感相机的高密度组装技术,采用厚膜集成电路技术设计了高集成度的TDI CCD成像系统,并对该成像系统中的具体设计做了详述。首先TDI CCD焦平面通过机械拼接方式拼凑成可复制的单元。然后,通过三极管射极跟随器增强CCD输出图像信号强度传送给模拟前端芯片LM98640中转换成14 bit的数字信号,再传给现场可编程门阵列芯片XC5VLX50T-1FFG1136C缓存和整合处理。最终,通过TLK2711高速LVDS输出芯片传输给数据采集卡并在计算机上成像。该成像系统中所有的驱动信号和处理时序都是通过现场可编程门阵列产生的,计算机可以通过RS422通信总线对成像系统进行控制和部分参数修改。该系统中的驱动电路和CCD二次电源电路采用厚膜集成电路技术设计,提高了系统的集成度。实验结果表明:整个系统基于厚膜技术,驱动电路PCB电路板减少了2/3的面积,同时采用了机电热一体化的设计,实现了相机的高密度组装。该系统总数据输出速度达到3.6 Gbps,饱和输出图像信噪比52.6 d B。

基于Camera Link协议的CCD图像采集系统

为满足航天相机系统快速、高质量的成像要求,设计了一种基于Camera Link协议的高速CCD(ChargeCoupled Device)图像采集系统。该系统采用CPLD(Complex Programmable Logic Device)、专用视频处理芯片TDA8783、乒乓结构的存储器进行设计,并使用时间延迟积分(TDI:Time Delay Integral)的工作方式,通过设置单级积分时间长度和积分级数改变总积分时间长度。实验结果表明,该系统能同时输出两路CCD电压信号,最高数据输出速率达15帧/s,信噪比大于50dB,两通道的不均匀性小于2%,满足航天相机系统的高速、高分辨率设计要求。