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.

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。

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。

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。

TDI-CCD相机动态成像的速度同步控制研究

在介绍时间延迟积分电荷耦合器件(TD I-CCD)的结构与工作原理基础上,通过像移调制传递函数(MTF)分析了TD I-CCD行扫速率与运动像不同步时对相机成像质量的影响。理论和实验仿真表明:在奈奎斯特频率范围内,只要将TD I-CCD推扫成像过程中的同步误差控制在一定的范围内,就可以明显地减少像移对成像质量的影响,最后,给出了2种简便和实用的同步控制方法。

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。

航天时间延迟积分CCD相机振动模糊图像的恢复

提出了一种对航天时间延时积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)相机振动移变降质图像进行恢复的方法。首先介绍了TDI-CCD的工作原理及其对振动的敏感性,建立了TDI-CCD振动降质的点扩散函数(PSF)模型,指出振动对TDI-CCD相机的降质过程是空间移变的;然后提出了基于快速CCD的振动检测方法,在振动检测技术中,利用了一种改进的灰度投影算法计算振动参量;最后提出对降质图像进行逐行恢复的方法,并对模糊图像进行了恢复。分别对匀速直线运动和正弦振动进行了实验。用峰值信噪比(PSNR)作为评价标准,对恢复图像进行了评价。结果表明,匀速直线运动模糊图像的PSNR为33.98dB,恢复后其PSNR为41.14dB;正弦振动模糊图像的PSNR为39.68dB,恢复后其PSNR为45.12dB。

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。

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。

采用FPGA的高速CCD相机的时钟发生器

采用IL E2TDICCD做为传感器 ,与计算机构成了成像系统 ,并在计算机CRT上显示出图像。主要介绍高速CCD相机的工作时钟产生电路的设计 ,采用大规模集成电路FPGA实现了该工作时钟驱动电路 ,采用AHDL语言对工作时钟驱动电路进行了硬件描述 ,并利用MaxPlus2软件对所设计的工作时钟驱动电路进行了仿真 ,最后对FPGA器件进行了编程和硬件电路调试 ,进而实现了整个CCD相机的控制。

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。

航天TDICCD相机图像空间移变振动降质的复原

文章建立了一种航天时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)相机图像空间移变振动降质的退化模型,提出了一种新的空间移变降质图像复原算法。仿真实验结果表明该退化模型和图像复原算法能有效处理航天TDICCD相机图像的空间移变振动降质,具有很好的应用前景。

基于锁相环的遥感相机采样电路设计与优化

高分辨率时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)遥感相机成像系统设计中,通道数量、高频时钟品质、高速数据传输误码率与相机小型化设计已经成为相互制约的矛盾。目前,为了减小系统体积质量、提高图像信噪比,将采样电路放入相机主体的焦平面附近是目前遥感系统小型化的主要趋势。因此,在相机主体与图像处理器之间,高速数据传输和高速时钟抖动是采样电路的主要设计难题。文章设计了一套基于锁相环(PLL)的高速采样电路,抑制了高速时钟抖动,消除了相位差;设计了一种超前滞后滤波器作为锁相环电路的环路滤波器。通过仿真和实测分别得到了滤波器电路的相位裕度和锁定时间等参数;同时在电路板布局布线时,通过合理地切割地平面、优化时钟的走线,抑制了模数混合部分的量化噪声。电路中使用了串行传输技术实现高速大数据量的传输;最后,文章中对误码率和图像信噪比进行实测,测试结果满足实际工程应用的需求。该设计同传统采样电路相比较,在尺寸、质量、数据传输率、图像信噪比等方面均有较大优化。

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。

TDI CCD相机的总体设计

介绍了时间延迟积分 ( TDI)技术的基本概念 ,TDICCD芯片的结构 ,并在此基础上给出了利用 TDI

TDICCD相机的实验与研究

目前，ＣＣＤ已被广泛地应用于各个领域。这里，我们介绍一种特殊的线阵ＣＣＤ相机，它应用时间延迟积分（ＴＤＩ）技术，可在低光照情况下，获得高灵敏度、高输出速率、高空间分辨率和大的动态范围。为了应用ＴＤＩ方式及验证它的效果，我们使用加拿大ＤＡＬＳＡ公司生产的ＣＴ－Ｅ１２０４８×９６ＴＤＩ线阵ＣＣＤ相机，设计制作了一套完整的系统，并做了捕获运动图像的实验。该系统包括：相机、相机控制器、图像捕获器、微机和转台。实验结果表明：当ＣＣＤ相机的行转移速率和物体的运动速率不同步时，不能够获得清晰的图像。而当我们使用相移补偿技术，使两个速率相匹配后，得到了非常清晰的图像。

1.06μm脉冲激光对TDI-CCD的干扰实验研究

为了有效对抗时间延迟积分电荷耦合器件成像设备的干扰,采用脉宽为10ns、波长为1.06μm的脉冲激光对其进行了干扰实验。分析了干扰现象与机理,采用数字图像处理方法测量了饱和阈值。结果表明,当激光能量密度为1.33m J/cm2时,时间延迟积分CCD达到饱和;提高激光重复频率可以取得更有效的干扰效果。

卫星TDICCD相机非沿轨成像仿真方法

传统的TDICCD相机沿轨成像模式只需要调整偏流角和卫星飞行速度决定的积分时间,而TDICCD相机非沿轨成像则需要更加复杂的姿态和积分时间控制。对TDICCD相机非沿轨成像进行仿真,有助于了解其工作原理,并有针对性地研发数据处理方案。文章实现了卫星TDICCD相机对非沿星下点轨迹方向条带目标成像的两种仿真方法。一是“南北方向”成像仿真方法,另一种是“摆扫”成像仿真方法。推导了这两种成像在星下点成像和偏离星下点成像两种条件下TDI积分时间和姿态运动的计算方法。通过多级积分条件下的靶标成像效果和成像范围验证了所述方法的正确性和通用性。

TDI-CCD全景航空相机快速自动检调焦方法

为了提高航空相机的实时侦察能力,提出了一种针对时间延迟电荷耦合器件(TDI-CCD)全景航空相机的快速自动检调焦方法。在检焦过程中,焦平面上的靶标图案经相机自身光学系统成像在TDI-CCD上,同时调焦反射镜沿光学系统主光轴在镜头后截距给定范围内连续快速移动,利用TDI-CCD的全帧转移工作模式,对经光学系统调制后的靶标图案进行高速采集,结合精密调焦驱动结构对采集到的图像进行高空间分辨率的定位。采用梯度算子、拉普拉斯算子、傅立叶变换、小波变换等7种聚焦评价函数对采集的调制靶标图案进行了比较分析,给出了各种算法的检焦精度。实验结果表明,本方法的检焦时间小于1s,采用小波变换作为评价函数的检焦重复性精度优于9.6μm,满足成像系统对离焦量允许值的要求。

TDI-CCD全景航空相机的像移速度场计算模型研究

针对扫描反射镜和电荷耦合器件(CCD)时间延迟积分(TDI)无法完全补偿前向像移和摆扫像移的问题,提出了TDI-CCD全景航空相机像移速度场的计算模型。根据相机结构和像移补偿原理,用坐标变换和共线方程建立了成像几何模型,在此基础上利用微分法推导出像移速度场的解析式。数值分析表明,像点位置越接近CCD靶面的后边缘,扫描角和前向补偿角越大,像移速度越大。对于TDI级数为100、CCD像元数为14000的全景航空相机,当扫描角小于-1.5°、前向补偿角小于4.16°时,可满足最大像移补偿残差小于1pixel的要求。实验结果验证了模型的有效性,该模型可作为定量分析TDI-CCD全景航空相机像移补偿误差的理论依据。