时间延迟积分CCD空间相机信噪比的影响因素

为了定量评估影响时间延迟积分(TDI)CCD空间相机信噪比的因素,研究了TDICCD空间相机成像机理和噪声来源,建立了相机的信噪比模型。分析了辐射亮度、积分级数、行频和系统增益(模拟增益)对信噪比的影响。搭建了实验室辐射定标系统,模拟了相机在轨工作时的辐射亮度条件。通过辐射定标对不同工作参数与相机信噪比的关系进行了验证。结果表明:对于TDICCD相机来说,光子散粒噪声、暗电流噪声和固定图形噪声在诸多噪声中起主导作用。相机的输出信号和信噪比均随着辐射亮度、积分级数和系统增益的增加而增大,随着行频的增加而减小。辐射亮度、积分级数、行频和系统增益对信噪比的影响量不同。具体来说,即当辐射亮度、积分级数和行频变化量分别为L倍、M倍、τ倍时,其导致的信噪比变化量略大于L1/2倍、M1/2倍、τ-1/2倍。系统增益只能在相对较小的范围内影响信噪比,且信噪比变化幅度随着增益的提高逐渐减小。

机械拼接时间延迟积分CCD空间相机的振动参数检测

为了获取空间相机在轨摄像期间的振动幅频特性,提出了一种基于TDICCD拼接技术的空间相机振动参数检测方法。根据TDICCD拼接原理,利用拼接结构中的重叠成像区域在不同时刻对同一景象成像,通过灰度投影算法对所成图像进行比对求取相对偏移量,拟合偏移量数据,进而根据拟合结果计算出空间相机振动参数。实验结果表明:对于一维单一频率的振动,频率相对误差小于0.5%,振幅绝对误差小于1个像元;对于一维混合频率的振动,频率相对误差小于3%,振幅绝对误差小于2个像元;对于沿推扫方向和垂直推扫方向均为单频振动的二维振动,频率相对误差小于1%,振幅绝对误差小于2个像元。实验结果验证了检测方法的正确性,达到了不增加额外设施,仅利用相机自身结构就能精确测量相机振动参数的目的,并为后续图像复原提供了数据基础。

星上时间延迟积分CCD拼接相机图像的实时处理

提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的时间延迟积分(TDI)CCD图像实时处理方法以提高拼接成像系统输出图像的质量和视觉效果。首先,对TDICCD成像系统进行像元级非均匀性校正,去除像元响应差异、固定图形噪声和暗电流噪声;对图像进行了基于行极值的自适应中值滤波,去除了图像中的随机噪声和脉冲噪声。然后,对噪声处理后的图像进行图像增强,通过提取图像的低频和高频成分,实现图像细节信息的调整和对比度增强。最后,采用基于行的分段线性拉伸方式,提高图像的动态范围。设计了基于FPGA的TDICCD成像系统的图像实时校正处理结构,分析了算法占用的资源、算法计算误差和可靠性等指标。实验结果表明,提出的图像实时处理结构将图像输出信噪比均值由48db提高到52db,图像非均匀性由3.41%降低到1.73%,图像的对比度显著增强,其动态范围提高了6%.

600 mm长焦平面时间延迟积分CCD的交错拼接

为了满足空间宽幅相机大视场的需求,研究了对多片CCD器件进行拼接以获得超长焦平面组件的方法。使用长线阵时间延迟积分(TDI)CCD拼接仪,按照设计位置和精度要求把17片TDICCD器件拼接到焦平面板上,用销钉定位,获得了长为600mm、像元为69 000个的超长焦平面。然后,对完成拼接的焦平面组件进行了高低温循环试验、热真空试验和振动试验。实验结果表明,焦平面组件的结构设计和材料选取满足力学/热学要求。对完成拼接的600mm长焦平面组件进行了TDICCD拼接精度的检测,检测结果显示拼接误差小于3μm。将该超长焦平面组件用于遥感相机,通过成像实验获得了清晰的无缝宽幅图像。上述结果证明600mm长焦平面组件满足空间宽幅相机的应用需求。

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。

基于面阵CCD的时间延时积分模式的空间相机自动对焦

空间面阵相机在轨运动会产生运动模糊,影响自动对焦准确率。为解决该问题,提出行间转移面阵CCD的时间延时积分(TDI)模式实现去运动模糊。选取行间转移面阵CCD KAI-1003作为成像器件,利用可编程逻辑器件(PLD)控制时序信号,匹配CCD的行转移速度与目标运动速度,实现去运动模糊。实验表明该成像系统不仅能去运动模糊而且还大幅提高图像信噪比。去运动模糊后,根据较短时间间隔内空间相机拍摄的图像有重叠区域的特点提出一种空间相机自动对焦方法。通过配准算法找出序列图像间的重叠区域,并计算重叠区域的清晰度评价值,然后根据传递特性将评价值映射到同一个评价体系中,最后找到最佳对焦位置。实验表明该成像系统对高速运动的目标能够实现自动对焦。

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。

一种适于空间CCD图像压缩的SPIHT改进算法

针对传统遥感图像压缩多级树集合分裂排序(SPIHT)算法由于采用取决于图像内容的动态处理顺序而导致处理速度缓慢这一问题,提出一种适于空间时间延时积分(TDI)CCD相机图像压缩的SPIHT改进算法。首先,将小波变换后的图像分解成4×4块,同时对一个4×4块的一个比特平面所有比特进行编码。为了实现并行处理机制,SPIHT改进算法重组传统SPIHT算法的3个通道,然后采用并行和流水线作业的方式编码3个重组通道。实验结果表明,本文提出的压缩算法可以稳定正常的工作,具有良好压缩性能,平均信噪比(PSNR)性能与传统方法相当,而数据吞吐率远高于传统方法。在正常100MHz时,数据吞吐率达到120Mpixle,大大提高压缩算法的处理速度。SPIHT改进算法非常适合空间CCD相机图像压缩应用。

高速TDI CCD亚像元动态成像系统分析

亚像元动态成像技术是目前实现相机小型化及提高相机空间分辨率的有效方法。将亚像元动态成像技术引入高速TDICCD相机中,通过特殊设计的光学拼接方法,使相机在不影响扫描速度及不改变TDICCD器件尺寸和相机焦距的情况下,可大大提高空间分辨率。为评价该TDICCD亚像元动态成像系统的成像质量,对成像系统的调制传递函数(MTF)进行了分析,分析结果表明该TDICCD亚像元动态成像技术可以将系统的空间分辨率提高1.6倍以上。