光锥CCD耦合器件对提高CCD成像分辨率的探讨

成像分辨率是评价CCD成像系统的主要技术指标.提高成像分辨率可以改变CCD的成像性能.本论文以实验的方法验证了倒置光锥CCD耦合器件可提高CCD成像分辨率,同时与正置光锥CCD耦合器件实验结果对比,分别绘制了与非耦合器件的对比传递函数(CTF)曲线,直观地表示出了二者关系,与理论分析结果相吻合.

电荷耦合器件(CCD)在单缝衍射光强分布测量中的应用

通过CCD传感技术把光学量——单缝衍射光强转化为电学模拟量,继而进行模数转换,最后用单片机系统进行数据处理,降低光学量测量的工作强度,获得较高的实验精度,取得较好的实验效果。

光纤耦合数码系统传像特性

建立了光纤传像元件与光电阵列器件的匹配耦合模型,引入变动因子反映像素光纤排列的不确定性,进行了光纤耦合传像特性的仿真研究.针对9×9μm2光敏元的阵列器件,分析了光纤传像元件结构参数变化对系统分辨率的影响,在光纤直径约为光敏元尺寸1/3时获得了相对经济合理的匹配结构,表明光纤耦合数码系统设计时必须考虑优化匹配问题.仿真结果还解释了系统的图像输出存在条纹和局部结构背景的原因,给出了相应的数值分析方法.

线阵CCD在双棱镜测光波波长中的应用

CCD是一种以电荷量表示光量的大小,用耦合方式传输电荷量的新型光电传感器件,其基本部分由MOS光敏元列阵和读出移位寄存器组成.具有体积小、重量轻、功耗低、光谱响应范围宽、分辨率高、精度高、稳定性能良好等一系列优点,与计算机配合使用,使得由CCD采集到的大量数据的处理变得非常容易.对测量数据的处理可以经过存储、自动补偿和校正,最后打印输出,现今已在航天、遥感、军事设备、自动控制、雷达、医学、生物、化学、颜色测量等方面得到了广泛的应用[1].我们将其用在实验教学中,取得了很好的效果.

基于彩色CCD的比色测温校正方法

基于彩色CCD的比色测温技术是当前高温测量领域中的研究热点之一。被测物体的发射率随辐射波长变化以及CCD光谱响应特性非理想是该方法的主要误差来源。通过对比色测温原理和CCD成像原理的分析,提出了含有发射率校正系数和CCD响应带宽校正系数的比色测温公式,以减少CCD光谱响应特性非理想和被测辐射体发射率变化带来的测量误差。提出利用黑体炉实验标定CCD响应带宽校正系数a、b,利用现场实验标定发射率校正系数c。实验表明,本方法能有效地减小测温误差,具有较强的实用性。

CCD三色测温的插值修正方法

基于CCD的非接触式测温技术是高温检测的重要方法,减少其测温误差有重要意义。在介绍CCD测温原理的基础上,指出被测物体的灰度变化和CCD响应波长带宽是CCD比色测温的主要误差来源;提出为减少灰度变化带来的测温误差,可以采用CCD三色测温方法;为减少CCD响应波长带宽等因素带来的测温误差,可以把这些因素对测温精度的影响归结到三色测温公式的K值中,再利用标定实验数据对K值进行插值修正;给出了对K值进行插值 修正的三色测温方法。理论分析指出,插值修正的CCD三 色测温方法能有效减少测温误差。

电荷耦合器件光电响应特性标定研究

电荷耦合器件(CCD)光电输入输出响应特性是其用于光束远近场能量分布测量的重要参数,介绍一种新的标定方法———小孔衍射方法:即利用小孔衍射图像的零级谱的能量相对分布作为CCD能量的标准参考输入,依据最小二乘拟合准则,根据CCD的灰度输出标定其响应特性。介绍了数据处理方法并完成了校核实验及误差分析。

CCD在fs激光辐照下的损伤研究

用脉宽为60fs、波长为800nm的fs激光辐照电荷耦合器件,研究了电荷耦合器件在fs激光作用下的失效问题。实验得到fs激光作用下电荷耦合器件的失效阈值为4. 22×10-3 J/cm2。这比ns激光作用下电荷耦合器件的损伤阈值低2~3个量级。对该器件进行显微观测,在光敏元上没有发现损伤,但在器件的栅极上发现了明显的激光引起的损伤痕迹。

基于CCD的智能车寻迹方法

介绍自主式寻迹智能车的设计,探讨采用电荷耦合器件(CCD)作为路径采集模块实现自主寻迹的软硬件设计方法.系统以Texas Instrument公司的TMS320LF2407A为主控制器,实现了对CCD输出的黑白视频信号的实时采集处理,通过边沿提取算法获得路径信息,对舵机和驱动电机采用P控制算法,使得智能车行驶快速流畅.研究表明此设计方案可在黑白(或色差较大)赛道上获得良好的自主寻迹效果.

基于Kerr电光效应的冲击电压下液体电介质空间电荷高速CCD测量

空间电荷的存在直接影响液体电介质的绝缘击穿性能,为了更好地研究空间电荷的动态变化过程,建立了基于Kerr电光效应的冲击电压下液体电介质空间电荷的高速电荷耦合器件(CCD)测量系统。运用高精度光电传感器的测量方法,得到了室温下液体碳酸丙烯酯的Kerr常数。进而通过高速CCD的动态光电测量,并结合图像处理技术,求取了冲击电压下平行板铜电极间电场和空间电荷的动态分布曲线。实验研究表明:在平行板铜电极间,当液体介质中电场达到一定程度时会出现空间电荷的注入与输运,使得极间电场呈现出中间高两边低的分布情况。另外还分析了空间电荷的分布和输运对液体绝缘特性的影响,该研究为分析冲击电压作用下液体介质中空间电荷的产生机制及空间电荷对流注放电的影响奠定了基础。

基于CCD和CsI闪烁体的硬X射线成像

根据CCD的工作特点,采用曝光控制和多帧图像叠合技术,研制了基于CCD和CsI闪烁体的硬X射线成像探测器,以提高对硬X射线的探测效率。搭建了实验平台,以微加工技术制作的镍准直器为成像目标进行了实验验证。实验中,利用55Fe放射源对CCD进行直接成像;然后利用241 Am放射源同时对CCD和硬X射线成像探测器分别进行直接成像和间接成像。最后,对图像中出现的拖影、清晰度渐变和区域亮度不同等现象进行分析。分析结果表明:相比CCD本身,这种技术不仅拓展了探测器的可响应能区,而且提高了的量子效率,并且在241 Am放射源照射下,实现了对硬X射线的高分辨成像,其空间分辨优于50μm。该器件可作为位置灵敏探测器应用于未来空间天文观测。

高信噪比星载CCD成像电路系统

为获得高信噪比的航天遥感图像,针对CCD成像系统链路分析了影响图像信噪比的主要因素。结合CCD成像系统的响应模型,明确了系统信噪比的表达式,并摆脱了具体CCD型号的束缚,提出了一种"总-分-总"的高信噪比成像电路系统通用设计方法。描述了系统从顶层总体设计、底层各电路模块设计以及全系统联试的完整研制方法。将该方法应用于吉林一号卫星高分辨率多光谱CCD成像电路系统的设计中,并对成像系统进行了辐射定标试验,获得了高信噪比的图像数据。结果显示:在灰度为80%饱和输出时,获得的全色图像信噪比达到了53.9dB,多光谱图像的最高信噪比达到了56.3dB,且图像数据经融合后色彩真实、绚丽。本文的CCD成像电路系统设计方法能够为其他航天遥感载荷的电路系统设计提供参考。

提高基于CCD测量精度的新方法

为了提高基于CCD测量系统的测量精度,对传统的基于CCD的测量方法和测量精度进行了研究。当CCD成像平面与被测物体成一夹角α时,导出空间距离与图像像素之间的非线性关系。提出了通过标定和校准来提高基于CCD测量精度的新方法。实际结果表明,该方法可满足对大尺寸物体的高精度测量。

潜望镜式卫星光通信终端的CCD粗跟踪

由于轻小型卫星光通信系统中潜望镜的光学结构随粗瞄机构姿态变化而发生改变,使得相应的跟踪算法变得较为复杂,本文对潜望镜式星间激光通信终端粗跟踪算法进行研究以提高粗瞄机构的跟踪精度。利用矩阵光学方法,建立了潜望镜式光通信终端中光学器件的矩阵模型,在获得CCD测角模型后,推导了基于CCD测角的粗瞄装置自动跟踪算法模型,实现了潜望镜式光通信终端粗瞄装置对目标光束的快速跟踪,并对模型进行了相应的实验验证。实验结果表明,该CCD测角跟踪模型正确地反应了实际终端中的光学传递关系,能够正确地对CCD图像位置信号进行处理并获得稳定跟踪角度,平均跟踪精度优于10μrad,满足卫星激光通信中稳定可靠、高精度粗跟踪的要求。本文提出的方法对类似的光学系统具有借鉴意义。

CCD传感器噪声对遥感影像无损压缩的影响

为分析CCD传感器噪声对遥感影像无损压缩的影响,选取ISO/IEC标准图像和UK-DMC多光谱影像作为测试图像,根据CCD传感器噪声模型,在测试图像上添加CCD传感器模拟噪声,采用JPEG2000-Lossless无损压缩算法对不同污染程度的噪声图像进行压缩处理,并对不同污染程度的噪声影像无损压缩比进行比较分析。而后,在多光谱遥感影像上添加模拟的混合噪声,分析CCD噪声对星地间数据传输效率的影响。实验结果表明,CCD传感器噪声对所获取影像的污染会降低遥感影像的无损压缩比和星地间数据传输效率,以泊松噪声为模型的散粒噪声与读出噪声对影像无损压缩的影响最大,以高斯噪声为模型的热噪声与暗电流噪声的影响次之,由于CCD器件工艺问题引发的脉冲噪声对无损压缩的影响最小。

空间相机焦平面CCD交错拼接重叠像元数计算

针对大视场空间相机焦平面采用的多片CCD交错拼接,提出了一种适用于多种姿态模式的重叠像元数解析计算方法,以保证空间相机成像视场中不出现漏缝。分析了CCD交错拼接的成像特性和产生漏缝的原因;基于空间坐标系变换和中心投影共线方程建立了重叠像元数计算模型,对像点、相机摄像中心、地面景物点建立动态数学关系,通过追踪像点在像面上的运动轨迹计算了拼接缝像元重叠情况。结合实际工程样例,计算和分析了空间相机机动角度、星下点纬度、视场位置等因素对重叠像元数的影响,并将各工况下计算的最多漏像元数作为最终拼接量。结果表明:重叠像元数理论误差小于1pixel;对比侧摆,俯仰成像时所需拼接像元数更多;该计算模型可扩展应用于其他类型空间相机在任何姿态模式下的重叠像元数计算。

利用普通CCD实现百万帧/秒超高速成像的时序驱动技术

提出了基于普通CCD的掩模式成像技术来大幅提高CCD的图像获取速度,实现百万帧/秒的CCD时序驱动方法。介绍了加掩模后CCD的工作过程,利用掩模把普通CCD的光敏区划分为带有存储区的像素阵列,实现了普通CCD的片上存储功能。分析了利用普通CCD实现百万帧/秒超高帧频的时序驱动方法,掩模形状决定了帧速,帧数和图像的分辨率。对系统的时序结构、电荷转移方式和驱动电路进行了说明,通过特殊驱动电路和图像处理软件设计实现了百万帧/秒的超高帧频。最后,对驱动时序进行了仿真和实验验证。采用条状孔阵列掩模,基于普通CCD图像传感器进行了百万帧/秒工作速度的验证,获得了14幅79pixel×79pixel的图像,其帧频达到200×104 frame/s。文章所述技术具有一定的通用性。

加权实时数据融合在线阵CCD测温中的应用研究

针对面阵CCD测温系统的复杂性及对波长的不可选择性,提出了一种利用线阵CCD进行温度测量的方法,并在2.5kW热处理炉上对其进行了实验研究。实验结果表明,该方法简单易行,可任意选择波长组合,利用CCD光谱响应及比色测温原理,得到了测量点的温度值。由于受波长等多种因素的影响,所测得的值之间偏差较大。为了减小误差,引入了加权实时数据融合算法。与传统的算术均值方法相比,该算法计算量小,精度较高,且无需任何先验知识,仅根据各传感器的输出信息就能使融合后的估计值得到优化。

低温下EMCCD电子倍增模型

了研究低温下电子倍增CCD(EMCCD)的电荷倍增特性,根据电子碰撞电离原理,建立了电离率模型;并依据雪崩倍增积分关系,针对所分析的EMCCD器件,建立了其低场强的倍增模型.通过倍增模型的理论计算结果与TI公司提供的实际器件TC285SPD和TC253SPD的倍增曲线比较,说明所提出模型的数据能够很好地拟合实际的倍增曲线.该模型可以方便地计算在固定栅极电压下的电子信号通过多级级联电子倍增寄存器后的总增益,进而可用于EMCCD相机的增益调整和校正.

凝视型电荷耦合器件探测器数学模型

首先分析了电荷耦合器件 (CCD)的工作特点和电荷的产生、存储、传输及输出的特征 ,然后 ,根据光电理论和探测器的工作原理 ,由电荷耦合器件的探测器面阵列图推导出一种军用电荷耦合器件 (CCD)摄像机的探测器面阵调制传递函数 ,最后得到了一定入射条件下探测器元的输出电子数目 。