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。

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。

推扫型TDI CCD光学遥感器动态成像研究

针对基于推扫技术的TDI CCD空间光学遥感器动态成像试验,研制了一套检测系统。在系统中,设计了模拟卫星推扫的双支承U型结构精密转台。搭载遥感器,以角速度0.555°/s在±5°的范围内转动时,转台稳速控制精度达到0.3%。设计了一种奈奎斯特频率靶标,在每组矩形垂直靶条间加入公差为a/n的等差级数间隔靶条,解决了遥感器推扫时CCD像元与垂直靶条像匹配不确定性问题,使配准简化,提高了测量结果的准确性。试验结果表明:遥感器获得了垂直、水平及45°方向的0视场,±0.86视场奈奎斯特频率靶条像,验证了采用推扫技术的TDI CCD遥感器所具有的高品质。

卫星姿态精度对TDICCD相机的影响

正确的姿态控制精度是TDICCD卫星相机正常工作的基本前提 .通过分析、计算卫星姿态控制精度导致的像移量及其与调制传递函数的对应关系 ,给出了TDICCD相机对卫星姿态精度的要求 .实例计算结果表明 ,TDICCD相机对卫星姿态控制精度的要求比普通CCD相机的要求高 ,且随着TDI积分级数的增加 。

大视场TDI CCD相机静态传递函数实时检测与记录系统

为了解决大视场TDI CCD相机静态传递函数(下面简称传函)检测过程中传函图像受环境影响较大、检测准确度不高等问题,设计了一种静态传函实时检测与记录系统。首先,根据大视场TDICCD相机静态传函图像特征,建立一个实时检测与记录的硬件和软件平台,实时接收相机输出的图像数据。其次,分析清晰靶标图像和模糊靶标图像的特征,设置区分两者的静态传函阈值,从实时接收的靶标图像中选取清晰靶标图像作为检测样本。然后,对靶标图像样本中的所有TDI CCD像元处的静态传函进行计算并做均值处理,将靶标图像样本的图像数据和静态传函值进行记录以便于后期分析处理。最后,对大视场TDI CCD相机5个通道进行静态传函的实时检测,记录20帧靶标图像样本的平均静态传函值,分析每个通道静态传函的标准偏差。实验结果表明:系统在选取0.01作为静态传函阈值的情况下,大视场TDI CCD相机每个通道静态传函值的标准偏差均小于1%,有效去除了模糊靶标图像引起的检测误差,提高了静态传函检测的精度和效率。

航天TDI-CCD亚像元相机的MTF研究

讨论了不同步采集和偏流角带来的像移对航天TDI-CCD亚像元相机系统相机调制传递函数的影响.通过对成像工作方式中所产生的速度失配和方向失配的调制传递函数影响的分析,得出了提高相机采集同步精度和消除偏流角的方法.

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。

TDI CCD全景航空相机行转移信号产生方法

TDI CCD全景相机照相时需要给TDI CCD施加行转移信号,为了达到相机照相分辨率要求,需保证像速度与电荷转移速度匹配,一般采用固定频率行转移信号或者采用编码器随动产生行转移信号。分析了上述2种方法的不足,提出了以速率陀螺值为基准的行转移信号产生的方法,即根据速率陀螺数据计算分频倍率,依此对高频时钟分频产生行转移信号,并分析了行转移信号的频率偏差对像移的影响。在环境实验室对该方法进行了验证:利用长焦距精密平行光管模拟目标,把相机固定在振动平台上模拟载体的振动环境,相机对靶标成像,分辨率达到62 lp/mm。对比了振动平台静止、振动2种情况下相机拍照图像的分辨率,验证了该方法的可行性。

TDI-CCD相机的1.06μm激光饱和干扰实验研究

激光干扰是对抗成像观瞄设备和精确制导武器,保护己方目标的重要方式。目前,对图像传感器的干扰效果研究主要集中在CCD相机和CMOS相机,对TDI-CCD相机干扰效果的研究较少。为了研究激光对TDI-CCD图像传感器的干扰效果,利用1.06μm高重频激光开展了对TDI-CCD相机的饱和干扰实验研究。实验中测量并计算了TDI-CCD相机的图像饱和及过饱和激光功率密度阈值,分析计算了饱和干扰象元数与激光入射功率之间的关系,TDI-CCD相机工作行频与干扰效果的关系。解释了副光斑、过饱和现象及圆环状光斑的形成原因。实验结果表明,1.06μm激光对TDI-CCD相机饱和干扰阈值为7.9×10-4W/cm2,过饱和干扰阈值约为4.7 W/cm2,1.06μm激光可作为对抗TDI-CCD相机的有效干扰手段。

星载TDI CCD动态成像全物理仿真系统设计

基于高精度卫星姿态控制仿真三轴气浮台，研制了高精度卫星姿态控制仿真子系统，用于为地面TDICCD动态成像仿真系统提供真实的仿真环境。根据TDICCD实际成像原理，采用软件模拟替代实际线阵相机的TDI电荷转移迭加过程，研制了基于面阵CCD的星载TDICCD动态成像仿真系统。利用该系统，实现了最高指向控制精度为0．1°，姿态稳定度为0．01（°）／s的卫星姿态控制仿真实验，模拟了积分时间为0．1S的TDICCD相机4～16级动态成像过程。研究了卫星姿态对TDICCD相机拍照的影响，分析了实际航天高性能TDICCD相机成像建模理论。像移速度匹配误差为0，姿态稳定度大于0．01（°）／s的实验显示了物理仿真与数学仿真结果与理论分析基本一致，不仅验证了该平台物理仿真方案的正确性，也初步验证了航天CCD成像建模理论的正确性。

8192像元TDI-CCD相机信噪比的深入分析

对TDI-CCD相机系统的各种噪声产生的机理进行了深入分析,根据各种噪声的特点,提出了相应的噪声处理技术。进而建立TDI-CCD的噪声数学模型,推导噪声与TDI级数的关系。分析不同光照条件下各类噪声的主次关系,得出信噪比与积分关系的新结论。即在亮背景图像时TDI-CCD的信噪比与TDI级数M的平方根成正比;而在暗背景图像时TDI-CCD的信噪比与TDI级数M成正比。

扫描镜稳定度对TDI CCD测量精度的影响

利用TDI CCD成像数值仿真模型,研究了TDI CCD测量系统的测角精度随扫描镜速度稳定度的变化规律。首先根据TDI CCD推扫成像的物理过程,建立了数值仿真模型,设计了从光学像和扫描镜稳定度到数字图像的仿真链路;然后利用图像重心计算方法求取图像中心坐标并得到目标点的角位置坐标;通过蒙特卡诺法进行海量打靶试验,对结果进行统计得到扫描镜各稳定度水平上的测量精度值;最后将某工程样机的扫描镜速度稳定度带入仿真模型,仿真结果表明:测试误差增大5.67μrad,达到了像元角分辨率的1/4。在光学测量系统的系统设计时,需要考虑像元分辨率及扫描镜稳定度的综合影响,选用合适的扫描镜稳定度要求,使测量角分辨率满足用户需求。

基于CPLD的高速线阵TDI CCD驱动电路设计

随靶场测试技术的要求提高,特别在高速飞行弹丸测试技术领域,对弹丸着靶的两维坐标的测量精度提出了更高要求,利用高速高灵敏度的CCD器件为核心的图像采集系统,采集弹丸过靶的图像,通过图像分析可提高其测量精度;基于CPLD技术,简述IL-E2 TDI CCD的基本工作原理及其时序要求,根据其要求自行设计高速线阵IL-E2 TDI CCD芯片图像采集所需的复杂时序和CCD外围驱动电路;分析IL-E2 TDI CCD外围驱动电路设计的基本原理与CPLD内部逻辑时序设计,完成线阵IL-E2 TDI CCD图像采集的驱动时序电路;实践证明,该电路结构简单,可靠性高,满足测试要求。

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亚像元技术应用于小相对孔径光学系统

TDICCD器件和亚像元成像技术都是实现相机小型化的有效途经 ,TDICCD器件和亚像元成像技术结合应用于小相对孔径光学系统具有重要的应用价值 就成像系统需要满足Nyquist频率处静态传函≥ 0 .2条件对系统进行了分析、讨论 。

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。

空间相机高速TDICCD焦面组件热设计及试验研究

受到质量和功耗的限制,某相机焦平面组件热控不能采用传统辐射冷板与主动温度补偿结合的方法。基于相机宽温适应性的特点,提出了降低相机工作温度与大热容焦面电箱结构储热相结合的被动热控方法,通过相机热平衡试验在热真空罐中进行了验证,并结合试验数据探讨了如何通过被动热控方法获取更低TDI CCD工作温度的问题,给出了优化方案。试验结果表明:高温试验工况下,在相机要求的工作时间内,TDI CCD器件的最高温度为30℃,比不采取热控措施时降低了10℃,焦面组件热设计合理,满足工作需要。

光学拼接误差对TDI-CCD相机的影响

光学拼接是扩大CCD相机视场的有效方法,其关键技术为拼接精度的设计计算和正确评价。为了对光学拼接的工艺性进行有效评价,指导CCD光学拼接的设计,以光学调制传递函数(MTF)为其评价函数,分别对光学拼接的搭接误差、直线性误差、共面性误差对时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)相机光学传递函数的影响进行了理论分析,给出了各种光学拼接误差对光学系统传递函数的调制方程,为光学拼接技术的精度评价提供了理论依据,能够有效指导光学设备焦平面组件的工程设计。

空间光学遥感器的多光谱TDI CCD信号检测与生成

为了实现对TDICCD空间光学遥感系统的合理设计及应用,提出了高速并行实时检测CCD控制信号的方法和视频图像连续输出的仿真设计方案。利用CCD行读出及转移的200μs周期,对48路控制CCD驱动信号和31路直流偏置信号进行并行实时逻辑分析及检测。同时,把预制的CCD模拟图像,从磁盘阵列经PCI-X及LVDS总线高速传输到由现场可编程门阵列(FPGA)、D/A、放大和滤波电路组成的视频图像生成系统,实现了连续、实时输出各种模拟测试图像。实验结果表明,提出的信号检测和生成方法可同时输出3路6MHz频率的彩色图像和8路12MHz频率的全色图像像素信号波形,像素信号基准电压为8V,振荡幅值为0～1.7V;有效采样时间和信号稳定度均满足成像电路的仿真测试要求。

一种TDI CCD亚像元图像合成方法

通过分析TDI CCD亚像元相机输出数据的空间和频谱特点,设计了亚像元插值算法,由相机输出的两幅原始图像经过插值融合处理得到一幅比原图像分辨率高的图像.仿真结果表明,该算法较其它算法得到的高分辨率图像的效果更佳,融合之后的图像比原图像分辨率提高至少1.4倍.