视轴角控制误差对航天相机成像质量的影响分析

为了降低飞行器倾斜成像工作过程中视轴角误差对TDICCD空间相机成像质量的影响,提出满足相机成像质量的视轴角范围及控制误差的要求。根据空间相机成像机理,给出了焦面像移速度以及由视轴角误差引起的像移速度匹配误差计算公式,分析了视轴角对地面像元分辨力的影响。并以调制传递函数(MTF)为约束条件给出了不同积分级数下视轴角的范围。通过实际工程参数计算得出,当视轴角控制误差为0.8时,满足96级TDICCD成像质量要求的视轴角应不大于12.75;若要满足96级TDICCD倾斜成像时视轴角达到25,则视轴角控制误差应优于0.4。     

空间相机的热分析和热设计

空间飞行器在轨道运行过程中,除空间热沉影响外,还会受到太阳辐射、地球红外辐射和地球阳光反照等热因素作用,同时相机内部热源也会影响相机的温度.温度的变化对高分辨率航天相机光学系统成像质量影响很大.热控系统的目的是保证相机的各部分保持在各自的温度范围内.本文对相机整体进行了详细热分析计算,得出了低温、高温初期、高温末期工况以及其他一些情况下相机各部分的温度水平,为相机热控实施提供依据.     

刃边法检测空间相机MTF的方法研究

空间相机的MTF是描述成像系统的空间频率响应特性的重要指标之一。在介绍刃边法计算空间相机MTF原理的基础上,描述了刃边法的计算过程,结合天绘一号卫星在轨传感器MTF检测,对高分辨率相机的MTF进行了计算。结果表明,刃边法检测卫星相机MTF的方法可行,能够获得较好的评价结果。     

高速TDI CCD亚像元动态成像系统分析

亚像元动态成像技术是目前实现相机小型化及提高相机空间分辨率的有效方法。将亚像元动态成像技术引入高速TDICCD相机中,通过特殊设计的光学拼接方法,使相机在不影响扫描速度及不改变TDICCD器件尺寸和相机焦距的情况下,可大大提高空间分辨率。为评价该TDICCD亚像元动态成像系统的成像质量,对成像系统的调制传递函数(MTF)进行了分析,分析结果表明该TDICCD亚像元动态成像技术可以将系统的空间分辨率提高1.6倍以上。     

空间相机光学窗口的热光学评价

光学窗口是空间相机光学系统中直接暴露在轨道热真空环境中的光学元件，所处的热环境非常复杂，要产生温度梯度，从而对空间相机的成像质量和分辨率产生影响，文中结合工程实际，以光学波像差的基本理论为基础对空间相机光学窗口的非轴地称温度场进行了热光学评价，编程计算了空间相机光学窗口在一个轨道周期内各典型位置处的均方波像差，并把计算结果与美国“天空实验室”光学窗口的相应数据进行比较，以验证本文热光学分析的合理性     

超高速相机中的转像机构

转镜式超高速相机中增配了别汉棱镜转像机构后,对光学系统像差计算结果表明：相机的成像质量不受影响,甚至略有改善。鉴于转像机构在相机使用中带来的种种方便,提出了把棱镜转像机构作为相机固定组成部分的建议。特别是当高速分幅相机中配置棱镜转像机构后,可以充分利用相机的最高空间分辨方向,从而成倍地提高相机的时间分辨本领。     

空间相机交错拼接线列探测器重叠像元数计算

大视场相机焦平面通常由多个线列探测器交错拼接而成。为保证相机在对地成像中不出现漏缝,提出一种相邻探测器重叠像元数计算方法。通过坐标变换法建立空间相机对地成像模型,分析了漏缝产生的原因。分析了像点在前后两行探测器上沿线列方向的相对位移情况,并利用蒙特卡罗法分析轨道、姿态扰动以及目标高程等因素对像点相对位移计算结果的影响,像点位移计算结果的最小值即为相邻探测器最小重叠像元数,依此给出了相邻探测器的重叠像元数计算模型。将该方法应用于某红外相机焦平面的设计,根据该方法确定了各相邻探测器的重叠像元数,并通过红外遥感图像的匹配实验验证了该方法的正确性。     

基于地-气间辐射模型的航天相机自动调光系统

在航天相机的成像过程中,拍摄场景的亮度随着地表目标和大气环境的变化而发生改变,为了保证航天相机输出理想的图像,提出了基于地-气间辐射模型的航天相机自动调光方法。根据地-气间辐射传输特性建立航天相机入瞳处辐照度模型,通过分析大气气溶胶对遥感成像的影响,对该模型进行了改进,并在此基础上提出了航天相机自动调光方法。航天相机自动调光首先根据总辐照度以及地面目标辐照度占总辐照度的比例对自动调光参数进行调节,目的是尽可能提高地面目标信息量,然后根据大气气溶胶光学厚度确定自适应拉普拉斯滤波的参数,增强遥感图像的细节。由实验结果可以看出,自动调光增加了遥感图像的信息量,增强了图像对比度,航天相机的成像质量得到了明显地提高。     

多普勒展宽效应对康普顿相机成像分辨的影响

在重离子癌症治疗中,康普顿相机是一种非常有应用前景的在线监测离子射程的技术。由于康普顿相机使用晶体探测器来确定伽马射线的位置和沉积能量,因此对这些物理量的测量误差会影响康普顿相机的成像分辨率。除了这些测量误差,多普勒展宽效应也会对相机的成像分辨率产生影响。本文使用开源Geant4软件包分别对150和511 keV的伽马射线在几种晶体材料中产生的多普勒展宽效应进行了角分辨模拟。通过对反投影算法的优化和对成像空间中体素的细化,使得康普顿相机的成像分辨率能够达到1.0 mm以上。本工作还基于角分辨标度,推导了一个可快速估计康普顿相机成像分辨率的近似公式。     

空间CCD相机的定标方法研究

介绍了相机定标的测试方法。通过对空间CCD相机成像时的地物辐射能量进行分析,提出了以成像方式进行相机定标测试的方法,并对数据处理方式进行了分析。     

基于CCD图像的火灾空间定位方法

大空间中火源的空间位置的定位,一直是火灾自动探测与自动扑救中的难点。研究了一种利用单一CCD摄像头进行火灾自动空间定位的方法。根据计算机视觉原理,利用固定在自动消防水炮末端的CCD摄像头随水炮旋转扫描时的角度、位移变化,将CCD摄像头在不同位置所拍摄的图像中火源图像坐标和火源的空间坐标建立联系,从而实现了火源空间位置的自动定位。     

基于CPLD的空间面阵CCD相机驱动时序发生器的设计与硬件实现

在分析e2v公司的CCD47-20 Backthinned NIMO型CCD器件驱动时序关系的基础上, 设计了可调帧频和曝光时间的空间面阵CCD相机驱动时序发生器及其硬件电路.选用可编程逻辑器件作为硬件设计载体,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行了硬件描述.针对ALTERA公司的EPM9400LC84-15对设计进行了RTL级仿真及配置,完成了时序发生器的硬件电路.硬件实验结果表明,所研制的驱动时序发生器不仅可以满足空间CCD相机的驱动要求,而且还可以调节帧频和曝光时间.     

三线阵CCD立体测绘相机的集成装调

考虑几何精度对三线阵CCD立体测绘相机测绘精度的影响,研究了测绘相机组合体的装调方法以建立和保证相机的空间几何关系。首先,介绍了测绘相机组合体的结构和坐标系的定义;其次,提出了各基准立方镜和相机的装调要求;最后,确定了多相机集成装调流程,重点介绍了测绘相机的装调步骤。装调结果表明：各相机的光学传递函数〉0.2,畸变〈0.03%,测绘相机的空间几何关系满足要求,提出的集成装调技术有效地保证了测绘相机的空间几何关系。     

航天TDI-CCD相机的MTF和像质分析

TDI- CCD相机在航天遥感中得到了越来越广泛的应用 ,但航天 TDI- CCD相机的像移是难以完全消除的或是不可避免的。推导和分析了 TDI- CCD相机的像移以及各种像移的 MTF表达式 ;参照美国国家图像解释分级标准( NIIRS) ,分析了像移量对像质的影响。结果表明 :当采用 96级延迟积分的 TDI- CCD器件时 ,同步误差只有小于 2 % ,成像质量才能得到保证 ,这与滚筒式扫描成像实验结果相吻合     

基于线阵CCD的空间相机实时检焦系统研究

实时精密检调焦技术是空间相机必不可少的重要组成部分,它直接影响相机的成像质量。如何对焦面位置进行检测是精密检调焦技术的核心。基于线阵CCD的空间相机实时检焦系统是用线阵CCD作为光采样元件,结合特殊设计的精密自准直检焦光学系统,实现对空间相机焦面位置的精确检测,并通过实验验证,达到较为理想的结果。     

航天CCD相机焦面位置地面标定方法研究

为了在地面试验阶段准确标定出航天CCD相机在轨成像时的像面位置,提出了一种基于自准直干涉测量原理和调制传递函数测量原理的航天CCD相机焦面位置的地面标定方法。介绍了该方法的原理和实施过程,并以口径1 m、焦距20 m的平行光管标定口径600 mm、焦距6 m的航天CCD相机为例,分析并计算了新标定方法和已有标定方法的标定精度。结果表明:新标定方法的标定精度优于0.006 mm,是已有标定方法标定精度的5倍至10倍,能够满足现阶段所有航天CCD相机的焦面位置的标定精度要求。     

CCD在弹丸消融观测的应用

 描述CCD器件在HL-1M多发弹丸加料实验中观测短暂消融云的应用结果,并介绍一种有特色的触发方式 用弹丸自身辐射的氢a 射线启动相机。实验证明：这种安排能取得大量照片,CCD成功地应用于弹丸消融过程观测, 图片处理分析后获得消融云形状、结构和辐射强度分布等。可以相信CCD诊断方法不但加深了弹丸加料的认识,也会促进军事工程相关瞬态高速过程的研究。     

Non-contact scanning measurement utilizing a space mapping method

In this study, a novel approach to a measuring methodology and calibration method for an optical non-contact scanning probe system is proposed and verified by experiments. The optical probe consists of a line laser diode and two charge-coupled device (CCD) cameras and is placed on a computer numerical control (CNC) machine to measure the workpiece profiles. A space mapping method using the least-squares algorithm is presented for the probe calibration and profile measurement. This method provides a simple and accurate calculation of the relationship between the real space plane and its related image space plane in a CCD camera. A transparent grid with regularly spaced nodal points is used to construct the space mapping function. The space coordinate of an object can be obtained from its image in the CCD camera via the mapping function. The measured profile data are smoothed by the B-spline blending function and can be transferred to a CAD/CAM package for industrial applications. Experimental results show that this technique can determine the 3-D profile of an object with an accuracy of 60 μm.     

Dazzling effect of repetitive short pulse laser on TDI CCD camera

A dazzling experiment was performed on a 64-stage TDI CCD camera using a 20 Hz repetition frequency picoseconds pulse laser, during which we found a new dazzling effect in which the fringes appeared in the video of the camera beside the saturation spot induced by the laser. We considered it to be the scattered light of the repetition frequency laser pulse to have induced the phenomenon. Width and visibility of the fringes recorded the information of the scattered light, such as repetitive frequency, pulse width and intensity distribution. With the assumption that the laser pulse width is less than one stage integral time of TDI CCD, width expressions for the fringes and space between the fringes were given using the repetitive frequency of laser pulse, row output frequency and integral stage number of the TDI CCD camera.     

高分辨率空间相机共轴三反光学系统实现形式研究

为了设计出高分辨率空间相机的光学系统,研究了反射式光学系统中存在次镜对主镜的中心遮拦等问题.通过对共轴三反射光学系统结构参数和最终视场在像面上的分布情况的分析,提出了半视场、全视场和环形视场3种光学形式,设计了焦距为3000mm、F数为10的3种形式的共轴三反光学系统.设计结果表明:3种共轴三反光学系统在有效视场角内成像质量均接近衍射极限,可以满足高分辨率空间相机不同的使用要求,指出半视场共轴三反光学系统适合于线阵CCD推扫成像,全视场共轴三反光学系统可用于面阵CCD凝视成像,环形视场共轴三反光学系统可实现一台相机上全色和多光谱成像的要求.