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 。

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。

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 。

TDI CCD电荷转移对遥感相机成像质量的影响

由于多相位TDI CCD行间电荷转移引起的像移无法通过光、机、电等方法消除,本文研究了电荷转移对遥感相机成像质量的影响。首先,介绍了推扫式遥感相机的工作原理与前向像移补偿方法。接着根据TDI CCD行间电荷的转移方式,利用脉冲传递函数建立了电荷转移速度模型,并对TDI CCD电荷转移速度与景物像点移动速度进行了比较分析,揭示了TDI CCD电荷转移像移产生的原因。然后,建立了多相位TDI CCD电荷转移像移的调制传递函数,定量给出了二、三、四相位TDI CCD电荷转移像移引起的空间频率对比度损失。最后,搭建测试平台,采用胶片式遥感相机获取了奈奎斯特频率处的靶标图像,其分辨率为60lp/mm,并比较了三、四相位TDI CCD电荷转移像移对靶标分辨率的影响。实验结果表明,提出的电荷转移像移模型与图像实验仿真结果相吻合。

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。

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。

“高分五号”卫星多谱段集成TDI线列红外探测器

多谱段集成TDI线列红外探测器组件是"高分五号"卫星全谱段光谱成像仪的核心器件。为满足航天型号应用要求,华北光电技术研究所项目团队立足已有技术基础,创新性地开发了具有自主知识产权的"多谱段集成TDI线列红外探测器组件技术",引领了中国多谱段集成红外探测器技术的发展,谱段集成数量达到4个,分别实现了短中波4个谱段和长波4个谱段的集成,谱段从短波1.55μm覆盖至长波12.5μm,并根据探测组件在轨工作剖面,开展了地面8年寿命的试验考核。测试和试验结果表明:多谱段集成TDI线列红外探测器组件产品的性能、环境适应性和可靠性满足要求。

像移对星载TDICCD相机成像品质的影响分析

像移是影响星载时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)相机成像品质的重要因素。为研究像移对TDICCD像质的影响,首先分析了像移引起图像模糊和几何变形的机理,研究了像移降质的辐射和几何方面评价参量。依据TDICCD工作原理,建立了像移影响下TDICCD相机空变降质模型,并以此为基础,计算并分析了不同形式、不同方向上的像移影响下的像质下降情况。分析结果表明,不同方向、不同形式的像移引起的成像品质下降是不同的。文章中提出的空变降质模型可以为后续的仿真及像移降质图像的恢复等提供参考。

横向抗弥散多光谱TDI CCD图像传感器

时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)主要应用于弱光信号探测,其在强光应用场合容易出现弥散现象。针对该问题,研制了横向抗弥散多光谱TDI CCD图像传感器。该器件包含四个多光谱段(B1～B4区),有效像元数为3 072元,像元尺寸为28μm×28μm。大像元可以在弱光环境下提供良好的光谱区分能力,通过滤光片可获得蓝光、绿光、红光和近红外波段的图像。为了减小抗弥散对器件满阱电子数的不利影响,采用了紧凑的抗弥散结构,仅占像元面积的7.1%。器件满阱电子数为500ke-,抗弥散能力为100倍,读出噪声小于等于70e-,动态范围大于等于7143∶1。

TDICCD光子响应非均匀性噪音分析与测量(英文)

探测器光子响应非均匀性噪音会降低低照度情况下遥感成像系统的成像质量.针对这一现象,本文首先结合探测器的物理性质,对各种噪音源进行了研究;建立了TDI CCD不同级数下的光子响应非均匀性噪音模型,随着曝光量的增加,光子响应非均匀性噪音也线性增加.其次根据曝光级数越多TDI CCD对非均匀性噪音的平滑效应越明显这一现象,提出一种光子响应非均匀性系数与曝光级数之间的关系式,并给出了利用TDI CCD输出图像提取光子响应非均匀性噪音的方法.最后建立了试验系统,通过试验对测试获得的光子响应非均匀性噪音与理论分析计算得出的结果进行了分析.

TDI CCD视频响应性能的高精度检测

TDI CCD主要应用于空间遥感和科学实验中。为了解决TDI CCD性能检测过程中精度不够、检测方法不够准确等问题,提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD性能检测方法。实验结果表明,暗电流信号和CCD噪声的测量不确定度是以往测量方法的1/10,其他视频响应性能的不确定度也仅为以往测量方法的1/5。该测量方法提高了TDI CCD视频响应的检测精度和准确性。

TDI CCD视频响应性能的高精度检测

TDI CCD主要应用于空间遥感和科学实验中,为了解决TDI CCD性能检测过程中精度不够高、检测方法不够准确等问题,提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD性能检测方法。首先,增加TDI CCD视频信号的增益可调范围和视频AD的量化位数,尽可能高地提取出TDI CCD的噪声;其次,改变TDI CCD接收的辐照度,制定TDI CCD各项视频响应性能的检测方法;最后,提出TDI CCD各项视频响应的准确计算方法,确定测量不确定度。实验结果表明:和以前测量方法相比,暗电流信号和CCD噪声的测量不确定度减小了10倍,其他视频响应性能的不确定度也减小了5倍多,因此,现有测量方法提高了TDI CCD视频响应的检测精度和准确性。

TDI CCD相机大姿态角推扫成像行频精确匹配

针对大视场TDI CCD相机大姿态角推扫成像过程中像面上像点像速差异较大,行频匹配精度不高引起的相机传函下降等问题,提出一种可支持粗调和精调的高精度行频匹配方法。首先,阐述了大视场遥感相机像速场的主要特点及像速匹配的关键问题;其次,深入分析了大视场TDI CCD相机大角度侧摆和前后摆推扫成像的像速场特性;然后,根据像速场特性制定同速匹配模式和异速匹配模式,分析传函特性,确定各自模式的使用条件;最后,提出了一种可支持粗调和精调的高精度行频匹配方法,并分析已实现行频匹配方法的精度,最终满足给定行频匹配精度要求。实验结果表明:在积分级数为96级,粗调方法使行频精度达到0.999 425,精调方法使行频精度达到0.999 928,2种方法均能使相机传函MTF优于0.998,从而实现大视场TDI CCD相机在各种大姿态角推扫成像条件下高质量成像。

TDI CCD宽波段光谱响应度的高精度检测

为了解决TDI CCD光谱响应度检测精度较低、检测方法不够准确等问题,提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD光谱响应度检测方法。首先,改进了TDI CCD视频信号处理方法;其次,选用不同窄带波长的LED阵列作为光源,建立一种方便而准确的宽波段光谱响应度检测系统;然后,改变TDI CCD接收的辐射照度并检测TDI CCD输出信号,提出一种高精度TDI CCD光谱响应度检测方法;最后,计算所有窄带波长的LED对应的TDI CCD光谱响应度,绘制TDI CCD在400～900nm波长范围内的光谱响应度曲线。实验结果表明:此方法覆盖了400～900nm的宽波长范围,检测方便准确,同时,光谱响应度检测误差达0.025。

大视场TDI CCD相机焦平面电路一致性设计

针对大视场TDI CCD拼接相机焦平面存在各通道之间性能的差异性较大,导致多通道拼接好的图像存在明显的亮暗差别等问题,提出一种可靠的、有效的焦平面电路一致性设计方法。首先,介绍了TDI CCD拼接相机焦平面电路结构;其次,全面地阐述了影响焦平面电路非均匀性的因素;然后,从关键元器件筛选、关键电路及PCB一致性设计、FPGA软件一致性设计和多通道主时钟一致性设计四个方面进行了多通道焦平面电路的一致性设计;最后,经过实验证明,在饱和曝光量50%的辐照度下焦平面所有通道响应度的标准偏差为71.4,平均数码值的标准偏差为39.6,同时,所有通道中最低信噪比也能满足44.2dB,所有性能指标满足相机均匀性要求,实现了大视场TDI CCD相机全视场内的高质量成像。

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。