空间遥感相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置

为了提高空间TDI CCD遥感相机的成像质量,研究了相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置方法。分别讨论了信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)与积分级数的关系,指出增加积分级数能解决光能量不足问题并有效提高SNR,但同时会引起系统MTF下降;增加增益也可解决光能量不足问题,但不能改变系统的SNR和MTF,因此优化积分级数和增益可改善图像质量。采用SNR×MTF作为图像质量评价指标,对积分级数和增益设置进行了优化。数值计算结果表明:在给定的相机参数下,当卫星俯仰角速度为0.005(°)/s,曝光量为饱和值的1/66时,积分级数选为44级,增益设置为1.5可获得较好的图像质量。

用作图法判定航空相机TDI CCD积分方向

由于Time Delay and Integration CCD(TDI CCD)是一种类似面阵结构的线阵输出CCD,其光电荷转移具有一定的方向性,所以TDI CCD图像传感器的积分方向与CCD成像运动方向必须保持一定的关系才能成像。本文以推扫成像相机和摆扫成像相机为例,介绍了一种基于高斯成像原理的作图法,用以确定TDI CCD积分方向与传感器成像运动方向的关系,分析和论证表明,TDI CCD的积分方向必须与地物在像面上的像移方向一致。实践证明这种方法可以清楚、简便、快速地确定TDI CCD的积分方向,从而确定TDI CCD的安装方向,适宜在实际的工程设计中采用。

应用双排TDI CCD提高空间推扫遥感相机动态范围

考虑空间相机观测场景的动态范围很大,本文提出了采用双排时间延迟积分(TDI)CCD来提高相机动态范围的方案。对两排TDI CCD分别设置不同的积分级数。得到的积分级数高的CCD图像虽然可能存在饱和区域,但暗区域极易分辨;积分级数低的CCD图像虽然不利于暗区域的分辨,但可以较好地观测亮区域的层次。最后,根据积分级数的差别对两排CCD的图像数据进行合成来获得大动态范围图像。结果显示,该方案有效地提高了相机的动态范围,当积分级数分别设置为8和48时,动态范围可以提高15.56dB。

行间转移面阵CCD的TDI工作方式研究

具有微透镜的行间转移面阵CCD在空间辐照环境下,微透镜材料容易模糊,导致不能正常成像;而如果不使用微透镜,则会由于行间转移CCD的填充因子和量子效率低,曝光量不足,影响图像质量和信噪比,亦不能满足使用要求。本文提出采用时间延迟积分(TDI)工作方式来解决这一问题。使用现场可编程逻辑器件(FPGA),在实现行间转移面阵CCD KAI0340-S正常工作的基础上,根据TDI CCD的工作原理,实现了CCD KAI0340-S的TDI工作方式。同时,采用RS485总线,实现了计算机和FPGA之间的通信和数据交换,完成了面阵CCD TDI积分级数、行TDI积分时间、以及集成视频信号处理器增益和偏置参数的任意设置。实验结果表明,在没有微透镜下正常成像时,图像质量很差,其信噪比仅为22.13 dB(TDI级数为1);通过设置合适的TDI积分级数后,图像质量有很大的提高,信噪比超过33.62 dB(TDI级数为4)。行间转移面阵CCD的TDI工作方式,可以改善和提高在空间辐照环境下没有微透镜时的图像质量,解决了借助微透镜可提高其量子效率,但微透镜在空间辐照环境下时间较长又容易模糊的矛盾。

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。

多TDICCD拼接相机成像非均匀性实时校正的硬件实现

提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现的成像非均匀性实时校正算法来解决遥感多时间延迟积分(TDI)CCD拼接相机存在的问题。首先介绍了拼接相机成像非均匀性(PRNU)的定义及其产生的原因,然后针对拼接相机的特点,提出了一种通道内用两点定标法、通道间用增益平均法、片间用自适应场景补偿法的复合非均匀性校正算法。从可靠性和实时性考虑,选择在相机信号处理FPGA硬件平台上实现校正算法,针对FPGA的运算能力改进算法并分析误差,同时给出星上定标和校正因子修正的方案。实验结果表明,该算法可将单片TDICCD的成像非均匀性从4.82%降低到0.27%,最终拼接图像的非均匀性降低到0.41%,且实时性好、效率高、可满足实际工程需求。

全景式航空遥感器TDI CCD精密装调必要性分析及实现方法

为保证全景式航空遥感器的成像质量,对其TDI CCD精密装调展开了研究。首先介绍了全景式航空遥感器及TDI CCD的工作原理;然后对TDI CCD时间延迟积分方向与摆扫像移方向夹角引起的TDI CCD调制传递函数的下降展开理论研究,计算结果表明全景式航空遥感器TDI CCD必须进行精密装调;最后给出了全景式航空遥感器TDI CCD精密装调的实现方法。装调结果表明,该方法可达到很高的装调精度,当级数为200级时,装调误差引起TDI CCD在乃奎斯特频率处的调制传递函数下降为0.999 9,完全满足全景式航空遥感器的使用要求。

TDICCD光子响应非均匀性噪音分析与测量(英文)

探测器光子响应非均匀性噪音会降低低照度情况下遥感成像系统的成像质量.针对这一现象,本文首先结合探测器的物理性质,对各种噪音源进行了研究;建立了TDI CCD不同级数下的光子响应非均匀性噪音模型,随着曝光量的增加,光子响应非均匀性噪音也线性增加.其次根据曝光级数越多TDI CCD对非均匀性噪音的平滑效应越明显这一现象,提出一种光子响应非均匀性系数与曝光级数之间的关系式,并给出了利用TDI CCD输出图像提取光子响应非均匀性噪音的方法.最后建立了试验系统,通过试验对测试获得的光子响应非均匀性噪音与理论分析计算得出的结果进行了分析.

椭圆轨道TDI CCD相机像移匹配计算与成像验证

针对椭圆轨道卫星地心距和前进速度时刻变化对航天时间延迟积分（TDI） CCD相机成像的影响,提出了一种矢量映射分析方法来计算椭圆轨道时变的像移速度矢量.通过建立不同的坐标系,将椭圆轨道卫星在轨运行速度和地物随地球自转的线速度映射至TDI CCD相机像面坐标系.以某临界回归椭圆轨道为例,计算了影响航天TDI CCD相机成像的像移速度矢量和数据读出频率.最后,利用小卫星姿态控制系统半物理仿真平台和TDI CCD原理样机对提出的像移速度矢量映射分析方法进行了实验验证.结果表明：临界回归椭圆轨道一个周期内,参数按照等比缩放原则配置时,对应的偏流角、像移速度矢量和靶标移动速度分别为-3.76～3.22（°）、0.1673～0.72 mm/s和19.12～ 82.24 pixel/s,获取的图像能够满足1～2 peixl的目标分辨率.实验结果说明,用提出的方法计算像移速度矢量结果准确,可为椭圆轨道航天TDI CCD相机成像匹配提供可靠依据.

横向抗弥散多光谱TDI CCD图像传感器

时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)主要应用于弱光信号探测,其在强光应用场合容易出现弥散现象。针对该问题,研制了横向抗弥散多光谱TDI CCD图像传感器。该器件包含四个多光谱段(B1～B4区),有效像元数为3 072元,像元尺寸为28μm×28μm。大像元可以在弱光环境下提供良好的光谱区分能力,通过滤光片可获得蓝光、绿光、红光和近红外波段的图像。为了减小抗弥散对器件满阱电子数的不利影响,采用了紧凑的抗弥散结构,仅占像元面积的7.1%。器件满阱电子数为500ke-,抗弥散能力为100倍,读出噪声小于等于70e-,动态范围大于等于7143∶1。

高集成度多光谱TDI CCD焦平面系统

提出了一种高集成度TDI CCD焦平面系统,成功应用TDI CCD驱动单元厚膜集成模块完成了具有16路CCD信号输出、像元读出频率20 MHz的高集成度高速多光谱TDI CCD焦平面系统的研制。通过采用双通道CCD信号处理模拟前端、厚膜集成驱动单元模块、高速LVDS图像数据传输接口以及机、电、热一体化仿真设计方法,极大提高了TDI CCD焦平面系统的集成度,降低了系统互连的复杂程度。系统共有4路图像数据传输接口,单路传输能力达到1.6-2.5 Gbps,最高可实现10 Gbps的图像数据带宽,在保证高数据率的同时,提高了数据传输的抗干扰能力。阐述了系统设计方案及多光谱TDI CCD探测器工作原理,并对其中的机电集成设计、驱动单元厚膜集成技术以及高速串行传输总线等关键技术进行了分析描述。通过采用TDI CCD传函测试片对系统进行了测试,焦平面全系统调制传函平均为0.511。

TDI CCD相机实验室辐射定标的研究

TDI CCD相机辐射定标的目的是建立输入辐亮度和探测器数字化输出之间的关系,为相机提供调光参数。本文推导了辐射定标的原理,并针对特定的TDI CCD相机在应用光学国家重点实验室里使用积分球对其进行了基于光谱辐照度灯的辐射定标,标定了TID CCD相机响应的线性度、TDI CCD相机响应分别与增益和级数的关系,根据实验结果我们得到了在不同的辐亮度值下的增益和级数参考值,从而确定了TDI CCD相机的调光参数,并给出了标定的误差和各项误差源的影响。

积分时间和级数分别可调的TDI CCD驱动器

在分析TDI CCD器件驱动时序关系的基础上,设计了积分时间和级数分别可调的驱动时序发生器。作为卫星上的有效载荷,TDI CCD成像系统可以根据不同的光照条件及探测分辨率的需求,选择不同的积分时间和级数,提高成像系统的灵敏度和信噪比。选用现场可编程门阵列(FPGA)作为硬件设计平台,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行硬件描述,采用QuartusⅡ对所设计的驱动时序发生器进行了仿真。系统测试结果表明,所研制的驱动时序发生器可以满足高分辨率TDI CCD相机的驱动要求。

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。

基于TDI-CCD的高速运动物体的检测

介绍了 TDI-CCD图像传感器的原理 .分析了采用 TDI-CCD进行交汇测量时 ,TDI-CCD的行扫描速率和目标运动速率的同步控制 .提出了以区截实时测速为基准 ,动态改变计数器的初值 ,达到行扫描速率和目标运动速率的实时同步 .实弹测试数据表明 。

基于TDI CCD的动态成像实验

目的延迟积分型电荷耦合器件(time delay integration and charge coupled device,TDI CCD)灵敏度高,并在低照度下具有获得高质量图像的特点,已成为齿科全景数字化成像系统开发的关键技术。在成像过程中要想得到清晰图像,必须正确使用TDI CCD。方法本文采用FCFR-USB9825B系列采集卡等搭建的动态成像装置进行实验,通过改变TDI CCD积分方向和积分时间,采集到不同图像。结果通过对比图像,发现在TDI CCD使用过程中,TDI CCD的积分方向必须与成像物体移动方向保持一致。TDI CCD积分时间与物体移动速度必须匹配,即二者的乘积等于像元尺寸。结论本实验为基于TDI CCD的全景齿科成像奠定了成像理论基础。

星载TDI-CCD推扫相机的偏流角计算与补偿

在星载时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)线阵推扫成像相机中,为使TDI-CCD线阵移动方向与目标像移方向一致,并实现光生电荷包转移速度与目标像移速度的匹配以确保成像质量,提出一种用卫星偏航控制实现相机偏流角补偿的方法。导出了星下点、方位偏移和俯仰偏移成像时相机偏流角,以及目标像移速度的解析计算公式,并对偏流角补偿进行了讨论。

一种TDI CCD的高速驱动电路的设计研究

本文简要介绍了TDI(时间延时积分)CCD的工作原理,研制了针对某型TDICCD的高速驱动电路,详细地叙述了TDICCD器件的驱动电路设计,选用FPGA为驱动信号源,通过VERILOG语言对驱动时序进行硬件描述,利用ISE软件进行了相应的时序仿真,并针对高速驱动信号的完整性,采用HYPERLYNX软件对驱动电路系统进行了仿真,并最终给出了实际工作时的驱动时序波形,结果显示系统成功的驱动了TDI CCD。

TDI CCD驱动时序的研究及CPLD实现

TDI CCD(Time Delay Integration Charge Coupled Device,TDI CCD)相机具有低噪声、高灵敏度、高量子效益、高分辨率、线性度好、动态范围大等特点,在实际应用中具有广阔的前景。采用IL-E2线阵TDI CCD芯片,通过分析其结构及时序要求,提出了一种基于CPLD的IL-E2线阵TDI CCD的驱动电路设计方案。并在Quartus II7.0上利用Verilog HDL硬件描述语言设计了其驱动时序逻辑。最后通过实验验证本驱动时序发生器能够使TDI CCD清晰成像。

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