偏流角误差对TDI CCD相机成像的影响与仿真

本文分析了TDI CCD相机的偏流角调整过程和偏流角误差匹配的影响因素,依据偏流角误差导致的姿态稳定度偏差对相机成像质量的影响,建立推扫相机像点与物点一一对应的数学模型,根据TDI CCD成像时超出对应像素的横向与纵向偏移量的累加计算,仿真卫星姿态稳定度改变时相机的成像;同时,利用单轴气浮转台和面阵CCD进行成像实验,将实验条件的像移速度与仿真条件的像移速度匹配,并对面阵CCD成像进行偏移量的累加,模拟推扫CCD成像,最后利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像与实验成像质量。仿真成像与实验成像在对比度和互相关相似性测度上相差为0.03左右,能较好满足地面卫星相机连调试验的图像仿真。

振动对航空CCD相机成像质量影响分析

振动是影响航空CCD相机成像质量的关键因素。采用调制传递函数(MTF)评价振动对像质影响,应用简谐振动为激励,详细推导了航空振动引起角位移和线位移对成像系统的影响,建立了角位移和线位移与像移大小的一般关系式,并结合工程实际进行了量化分析。指出角位移是影响成像质量的主要因素,提出了进行减震设计的基本思路,提高成像质量。

推帚式TDI-CCD成象时象移影响的分析

通过对ＴＤＩ－ＣＣＤ的成象特点分析和对象移调制传递函数ＭＴＦｖ的计算，表明当采用连续四相驱动时，ＭＴＦｖ可达到０．９７４，基本上消除了象移的影响。

空间TDICCD相机动态成像地面检测系统的设计

设计了一种空间TDICCD(时间延迟积分电荷耦合器件)相机动态成像地面检测系统,用于模拟相对空间飞行器的地面像移,验证TDICCD相机的像速匹配能力和动态成像质量。系统采用精密转台和偏流转台模拟卫星绕地球运动和卫星受地球自转影响而在不同纬度产生不同的偏流运动。精密转台用永磁力矩电机驱动,用锁相锁频伺服控制策略控制稳速精度达到0.0297%。偏流转台用步进电机控制,偏流角的平均转角速率约为0.02°/s,偏流角位置的数据引导跟踪精度优于±5′。设计的检测系统的精度满足TDICCD相机动态成像检测的指标要求,已在某型号空间可见光相机的研制中获得了应用。

面阵CCD相机像移补偿技术

航空相机在拍照瞬间由于飞机的飞行运动和姿态变化而产生像移,要提高照相分辨率必须通过像移补偿来实现;在分析垂直拍照的面阵CCD相机像移产生原因基础上,确定了采用稳定平台与面阵CCD的TDI相结合的像移补偿方法,理论上计算了像移补偿后的像移残差小于3μm(即1/3像元),满足成像质量要求;根据实际的成像试验,证明文章论述的面阵CCD像移补偿技术是正确可行的。

彩色大面阵CCD相机的像移补偿技术

航空相机在拍照瞬间由于飞机飞行运动和姿态变化而产生像移,要提高照相分辨力需通过像移补偿实现;在分析像移产生原因,再结合彩色大面阵CCD相机的特点,确定采用三轴陀螺稳定平台结合摆扫扫描镜头的方法补偿像移,并分析计算了补偿后的像移残差,结果满足残差小于1/3像元的指标要求,证明本文论述的像移补偿技术正确可行。

基于线阵CCD图像纹理特征的铁路货车货物分割算法研究

利用线阵CCD摄像头采集到的货车货物装载图像,提出一种经过改进的货车货物分割方法。首先,利用优化后的多尺度Retinex(MSR)算法对图像进行增强预处理,然后使用自适应单通道种子选取算法(APSS)获得图像中灰度Gabor纹理特征分布中心点的初始值,并用K-Means算法进行图像兴趣区域的分割,在此基础上利用邻域特征对图像中的兴趣区域进行重新合并,得到最终的分割结果。实验表明,该方法能提高图像中不同区域的分割精度,有较强的抗噪性,还减少了图像分割中的迭代次数,降低了计算复杂度,可以广泛应用到自然环境中车辆图像的分割。在基于线阵CCD铁路货运安全监控系统中货物检查的实际应用中,该方法的货物分割错误率较低,保证了检测系统的问题识别准确率。

卫星后摆补偿地速研究及成像仿真分析

分析了卫星在对地观测时降低轨道高度提高成像分辨率的过程。针对卫星相机的数据读出频率会随轨道的降低明显升高而产生高频干扰这一问题,提出拍照过程的同时后摆补偿地速方案,即轨道降低后,在保证相机数据的读出频率一定的条件下,在小角度范围内,利用卫星的俯仰角速度补偿引起过高读出频率的地速。依据轨道下降高度和俯仰角速度变化引起的偏流角变化,TDI CCD的速率失配,成像畸变等误差,利用TDI CCD相机像点与物点的对应模型的仿真系统进行试验仿真,分析了图像的MTF函数和互相关相似性测度。在拍照时间要求不太长,俯仰角为小角度时,方案仿真成像能较好地满足要求。

航空相机扫描像移片上补偿技术

查打一体化是当前航空相机的一个主要发展方向,其中一项关键技术为扫描像移的动态、高精度补偿。基于面阵探测器的时间延迟积分(TDI)扫描像移补偿方式相比于光机式的像移补偿方式具有天然的优势,然而当前的面阵探测器TDI像移补偿精度是像素级的,进一步提高查打一体化相机分辨率遇到了瓶颈。针对于此本文首先介绍了查打一体化航空相机工作原理,然后针对帧转移CCD的特性建立了电荷行间转移的数学模型与电荷转移像移的调制传递函数模型,在此基础上提出了一种查打一体化航空相机扫描像移的片上补偿方法,采用该方法可将相位面阵TDI CCD的像移补偿精度提高至1/2像元。最后搭建了实验平台并给出了二、三、四相位面阵TDI CCD电荷转移像移对遥感图像质量的影响,同时也证明了提出的方法能够显著提高图像质量。

基于扫描反射镜的航空相机前向像移补偿

航空相机航向方向的像移包括飞机前向飞行引起的前向像移以及飞机姿态(俯仰/偏航)在航向方向的分量。本文以某摆扫型航空相机为例,分析了利用扫描反射镜进行前向方向像移补偿的原理,扫描反射镜以二分之一的前向方向像移角速度的速度旋转即可补偿前向像移。文中探讨了两种控制方案,第一种方案将陀螺直接安装在反射镜上,结构设计简单,但控制电路较复杂,且需增加一个陀螺;第二种方案提出利用机械系统增加2:1速比的方法,可以节省成本,且不增加控制系统的难度。经过实际工程实践证明,第二种方案简单实用,可以满足相机补偿要求。

轨道末期星载相机侧摆成像匹配分析与实验

通过分析卫星轨道末期星载TDI CCD相机成像面临的数据读出频率过大、像移失配严重等瓶颈问题,提出了轨道末期卫星侧摆成像匹配方案.依据轨道衰减高度,设计侧摆成像匹配模型,计算出轨道高度与匹配成像侧摆角度之间的变化关系,对侧摆成像时的像移速度矢量、偏流角度、成像畸变等进行了定量的可行性分析,并利用蒙特卡洛方法分析了满足侧摆成像的卫星姿态指向精度和稳定度.利用基于小型三轴气浮台的小卫星姿态控制系统和TDI CCD相机成像系统进行仿真试验,结果表明,仿真图像的MTF函数和互相关相似性测度均在0.85以上,侧摆成像匹配方案能较好地满足轨道末期成像需求.

平行光线对双目视觉测量系统的影响研究

通过分析不同强弱平行光线,对系统测量数据的两阶段两步法CCD摄像机标定和扫描影响,寻找出一段范围的平行光线,进行CCD摄像机参数标定和被测物体的扫描测量.试验证明,使用验证范围内平行光线进行测量,可以提高该系统测量的精度.

大视场空间相机的像移速度场模型及卫星三轴姿态稳定度分析

针对大视场空间相机的像移补偿,建立了基于坐标变换和姿态动力学的离轴三反大视场空间相机通用像移速度场模型。建模过程中考虑了离轴三反光学系统的离轴角对像移模型的影响,推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以某大视场空间相机为例,分析了3种典型成像姿态下焦面像移速度和偏流角的分布特点,研究了卫星姿态稳定度对相机成像质量的影响。分析表明,卫星三轴姿态稳定度的降低会导致相机焦面动态传递函数(MTF)下降,其中俯仰姿态稳定度对焦面动态MTF的影响最大;并且随着积分级数增加,下降会愈发明显。相机侧摆姿态成像时,对卫星姿态稳定度的要求更高。以传递函数下降5%为限,积分级数为96级的大视场空间相机,要求卫星姿态稳定度控制在0.001(°)/s以内。实验结果验证了文中对卫星姿态稳定度的分析,证明了像移速度场模型的准确性,为大视场空间相机像移补偿提供了可靠依据。