640×512帧转移EMCCD相机时序设计

为了实现640×512分辨率的EMCCD(Electron-Multiplying CCD)在1×10^(-3)lx照度条件下25fps连续动态成像,设计了对应的相机。搭建了相机硬件平台,分析了EMCCD工作时序、AFE工作时序、BT.656编码和Camera Link编码时序。利用硬件描述语言在FPGA中产生了相应的驱动时序。实现了EMCCD曝光和读出控制,AFE相关双采样和光学暗电平钳位,模拟视频信号逐行变隔行和插值拉伸以及Camera Link协议的并串转换。通过实际测量和分析,相机在模拟夜天光1×10^(-3)lx照度,EMCCD增益1000倍,镜头焦距25 mm,F1.4的条件下,能同时输出模拟视频和数字视频,成像帧率25 fps,信噪比21.8 d B。

EMCCD相机在全天时星敏感器中的设计与应用

近地面用全天时星敏感器用于大型飞机、临界空间飞行器等航空器的导航。近年来,随着星惯组合导航技术的快速发展,国外开始重视该项技术的研究。主要研究近地面用全天时星敏感器中基于EMCCD的星相机的设计与应用。分析了星相机的全天时探测的原理,提出采用高灵敏度EMCCD成像技术解决白天强背景下的探测问题。在原理研究的基础上,完成了基于CCD201探测器的星相机及实时图像处理器的硬件设计和调试,采用硬件实时中值滤波的方法实现全天时星图的预处理。设计的星相机系统信噪比可达50dB左右。通过进行白天观星实验获得恒星图像,并成功进行了目标提取。实验说明所设计的EMCCD相机具备白天恒星探测能力。

基于EMCCD相机的全天时大气相干长度测量系统

根据差分像运动原理研制出一款以EMCCD相机为探测器的全天时大气相干长度观星测量系统。经过对天空背景光光谱分布与EMCCD光谱响应特性的分析,选择中心波长为700 nm的光谱滤光片,可有效地抑制背景光入射。介绍了系统主要噪声组成,通过计算得到了系统白天极限探测星等约为7.35。在野外开展了以小熊星座所属多颗不同星等恒星为目标的日间观星实验,结果表明测量系统对星等为3恒星具有较好的日间探测能力。通过全天24 h对大气相干长度的连续测量,得到了长春地区整层大气湍流强度变化特征曲线。

电子倍增CCD相机制冷绝热设计

对电子倍增CCD(EMCCD)相机制冷的必要性以及热电制冷器(TEC)的特点进行了说明,阐述了真空绝热的优势,分析了真空绝热失效条件,提出了真空绝热的难点及真空保持方案,分析了相机芯片发挥其性能所需的制冷温度,对制冷相机漏热途径进行了分析,计算了克服漏热所需的制冷功率,并设计了制冷绝热方案,对相机进行了稳态热分析建模,将多级热电制冷器进行了参数化转化并将其带入模型边界中,经过迭代拟合得到了相机杜瓦及芯片温度分布,分析了绝热制冷方案的可行性。