正弦振动下动态调制传递函数分析与研究

振动导致航空相机成像分辨率下降,常采用动态调制传递函数(MTF)评价振动对成像质量的影响。根据线性光学系统的传递函数理论,针对任意频率的正弦振动,提出一种基于第一类贝塞尔函数的动态MTF计算方法,并以奈奎斯特频率处动态MTF不小于0.9为条件,得出低频振动的振幅容限随频率增加而减小,高频振动的振幅容限为0.2 pixel。通过对刀口靶标进行正弦振动下动态成像实验,得出理论计算结果与实验结果间相对误差小于4.25%,相比以往相关文献的分析结果,计算精度最大可提高18.5倍,因此该方法可用于预估和评价振动环境下航空相机的成像质量,对视轴稳定系统的设计具有指导意义。     

利用统计矩计算的图像运动光学传递函数

为准确评价跟踪成像平台对图像调制传递函数的影响,提供确定平台技术指标的理论依据,建立了利用图像运动函数直接计算运动光学传递函数的解析及数值计算模型,并给出了有限项的截断误差,取7阶近似时,截断误差小于10%。利用所建模型给出了低频正弦运动和高频正弦运动光学传递函数的解析式。对某跟踪成像平台的跟踪角速度误差进行了频谱分析,主要分量由多个低频正弦振动分量组成;在曝光时间的尺度上,跟踪角速度误差引起的图像运动可近似为匀速直线运动。利用统计矩法计算的调制传递函数,与利用跟踪角速度误差的均方根值计算的调制传递函数相当,200mrad-1频率下计算结果偏差小于0.01,因此,跟踪角速度误差均方根值是表征跟踪成像平台的跟踪稳定度的合理参数。     

一种光电系统动态调制传递函数测量方法的研究

运动条件下,光电系统在一定积分时间内的成像过程是一个动态过程。因此需要引用动态调制传递函数概念来评价运动对成像质量的影响。通过设计一套动态调制传递函数测试系统,对运动条件下动态调制传递函数的变化规律进行数据处理和理论分析。结果发现高频振动时,随着振幅的增大,对调制传递函数的影响越大,与静态条件相比MTF值下降0.01～0.1;低频振动时,随着振动频率的加强、振幅的增大或积分时间的增长,调制传递函数下降明显,与静态条件相比较MTF值相差0.01～0.5。     

TDI CMOS图像传感器曝光时间优化方法研究

为了提高时间延迟积分互补金属氧化物半导体(TDI CMOS)图像传感器的成像质量,研究了TDI CMOS图像传感器中曝光时间的选取对成像质量的影响。基于行滚筒曝光读出原理,分别分析了曝光时间对信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)的影响机理,根据分析结果,提出在级数已选定的情况下,曝光时间的选取存在最优值,此时得到的图像质量较好。为验证结论,基于自主研发的TDI CMOS图像传感器芯片及现场可编程门阵列(FPGA)开发板,搭建了TDI CMOS图像传感器成像测试系统。实验中采用MTF×SNR作为评价图像质量的指标,实验结果表明,在选定的相机参数下,积分级数为8级,光强为20 lx时,TDI CMOS图像传感器曝光时间选取64 ms时所得到的图像质量最好,此时MTF×SNR最大。     

航空相机动态调制传递函数分析与研究

利用调制传递函数对动态成像质量做出评价,确立合理的稳定系统性能指标,是航空相机设计过程中需要解决的重要问题.基于线性光学系统的传递函数理论,针对匀速运动、加速运动和正弦运动等几种动态成像条件进行了定量分析,建立了像移量和动态成像质量之间的联系.针对低频正弦运动,提出了一种基于离散相位区间的动态调制传递函数计算方法.分析结果表明,在像模糊斑大小均为0.5个像元的情况下,高频正弦运动、直线运动和低频正弦运动的动态调制传递函数分别可以达到0.85、0.9和0.998,此时可以获得较理想的动态图像.据此得出了高频振动对像质的破坏最严重,直线运动次之,低频正弦运动最轻的结论.根据分析,可以针对特定的动态成像条件计算相应的调制传递函数,为航空相机系统的综合像质评价和视轴稳定系统设计提供了准确的定量参考.     

基于成像分辨率的光电成像系统抖动要求

针对图像抖动导致光电成像系统的成像分辨率降低的问题,提出了一种基于成像分辨率的光电成像系统抖动要求分析方法.根据抖动频率将抖动分为高频抖动与低频抖动,高频抖动按高斯、正弦、线性等三种抖动分布考虑,低频抖动按线性抖动分布考虑,给出了各抖动分布对应的调制传递函数模型,进而建立了含抖动全系统调制传递函数模型.基于成像分辨率要求与调制传递函数模型,给出了抖动要求定量分析方法,并给出了相应分析流程与算法.根据流程,结合特定系统参量,进行了仿真分析,结果表明:在一定成像分辨率条件下,低频视轴抖动可允许值最大,其次为高频线性抖动可允许值,最后为高频正弦与高斯抖动可允许值.     

高分辨率航空相机动态调制传递函数数值分析

航空振动是影响动态高分辨率航空相机成像质量的主要因素.利用"运动的概率密度函数相当于光学系统的点/线扩展函数"这一概念,采用光学传递函数的理论,并运用调制传递函数(MTF)作为评价像质的工具,得到了动态调制传递函数的一般表达式.详细分析线性运动、正弦规律变化的振动和随机振动对像质的影响,并用Matlab软件进行仿真分析.结果表明,得到的结论与其它相关文献的分析结果和理论相吻合的,而且该方法可以推广到二维运动形式下的调制传递函数分析.对振动下系统MTF 与静态情况下进行了实验比较,结果表明在相同奈奎斯特频率处下降0.3左右,与仿真结果一致.该方法可用于预估与评价航空相机和其他光电系统成像质量,该结果也可用于去卷滤波以实现图像复原.     

动态MTF的数值计算与分析

受振动的影响,在积分时间内,光学系统成像是一个动态过程.对于动态成像,常采用动态调制传递函数(MTF)作为评价振动对像质影响的工具.针对动态MTF,提出一种适用于任意运动形式的数值计算方法,该方法还可以扩展到计算二维运动时的动态MTF.该方法可用于预估和评价动态成像系统的成像质量,计算的结果还可用于运动模糊图像的仿真与...     

振动对电视成像系统传递函数的影响研究

为了研究系统平台振动对电视成像系统传递函数的影响,通过将不同振动条件下系统的传递函数进行对比分析,利用能量积分法,建立系统平台在不同振动条件下系统传递函数仿真模型。利用快速反射镜系统和I SITE测量平台组合,对振动条件下系统传递函数进行测量和验证。仿真和实验数据结果表明:对于在研电视成像系统,当振动频率低于曝光频率时,随着系统平台振动频率的增加,系统传递函数的下降速度由静止时的0.167逐渐增加到0.237;当振动频率高于曝光频率时,随着系统平台振动频率的增加,系统的传递函数的下降速度波动性增加,并逐渐趋于在静止时的1.42倍附近。     

湍流环境中水下成像系统的调制传递函数研究

为了研究湍流对水下成像系统的影响,搭建了一套光学成像实验系统,利用水泵和水槽制造流速可控的湍流实验区域,使用CCD对正弦条纹目标成像,并分析图像质量。通过对实验环境的控制,得到不同浑浊度和不同流速下的成像结果,并提取调制传递函数(MTF)对结果进行分析。结果表明,悬浮颗粒散射在整个空间频率上造成调制对比度下降;而湍流散射更容易造成高空间频率域的MTF下降;随着进水口处流速的增加以及水体衰减系数的增大,其MTF曲线加快衰减;在湍流环境下的成像,图像失真和分辨率下降由颗粒散射和湍流散射共同造成。     

包络调制率和载波频率对听觉时间调制检测能力的影响

通过心理物理实验探讨了包络调制率(<300 Hz)和纯音载波频率(<8 kHz)对听觉时间调制检测能力的影响. 测试信号为以纯音为载波的正弦幅度调制信号, 采用二选一强迫选择法和自适应调整步长的心理物理实验方法, 测试得到不同载波频率条件下的时间调制传递函数. 实验结果表明, 包络调制率和载波频率均会对听觉的时间调制检测能力产生影响. 当载波频率低于2 kHz时, 人耳的检测能力与调制率呈单调递增趋势;当载波频率高于3.5 kHz时, 检测能力也会受到调制率的显著影响, 但没有显著的单调变化趋势. 当调制率在10-100 Hz之间时, 检测能力不随载波频率明显变化;当调制率在150-300 Hz之间时, 调制检测能力随着载波频率上升而下降, 在载波频率达到3.5 kHz时, 调制检测能力不随载波频率显著改变.     

航空相机动态调制传递函数分析与研究

影像位移是影响航空相机分辨率的主要因素。用MTF对动态成像质量做出评价,确立合理的稳定系统性能指标,是设计过程中常用的手段。为此研究了匀速运动,变速运动和正弦运动条件下的动态MTF,针对目前无法准确评价的低频正弦运动,提出了基于离散相位区间的动态MTF计算方法。分析结果表明,在像模糊斑大小相同的情况下,高频振动对像质的破坏最严重,直线运动次之,低频振动最轻。根据所作分析可以针对给定的影像位移计算出相应的动态MTF,为航空相机像质评价提供了准确定量的参考。     

航空相机像旋动态调制传递函数分析与研究

航空相机在采用旋转扫描反射镜成像过程中存在像面旋转,会导致图像模糊,成像质量下降,必须采用像旋补偿机构进行补偿。目前,通过人眼观察图像模糊程度和电机同步控制精度评价像旋补偿精度,都不能客观准确评价系统成像质量。为建立航空相机成像质量与像旋补偿系统其他指标之间的直接关系,提出基于极坐标系的动态调制传递函数(MTF),并提出基于倾斜刃边法与模糊路径法相结合的方法测量航空相机旋转像移动态MTF。设计扇形靶标旋转动态成像实验,利用旋转动态MTF和倾斜刃边法得到图像动态MTF计算值,并基于图像模糊路径测量转台转动时图像动态MTF测量值。实验结果表明,转台以20~300(°)/s匀速转动时,空间频率在旋转动态MTF到达第一个零点频率前,动态MTF计算值和测量值曲线近似重合,验证了旋转动态MTF的正确性;空间频率在小于0.7零点频率范围内,两动态MTF曲线相对误差最大值和均值分别小于6%,2%,进而证明了测量方法的准确性。     

基于空间相机时间延迟积分传感器拼接区图像的像移测量

为了对由飞船姿态不稳或隔振装置的振动抑制残余量等因素产生的宽频带像移进行测量,提出了基于时间延迟积分(TDI)传感器拼接区所成图像的像移测量方法。定义了偏移系数,用以衡量成像期间像移速度与TDI传感器积分时间之间的失配度,以调制传递函数(MTF)为相机成像质量评价指标,分析了失配度与成像质量之间的关系,确定了满足成像质量的像移测量方法的精度范围;利用两片TDI传感器拼接区所拍图像存在相同内容、拍摄时刻不同的特点,阐述了基于TDI传感器拼接区图像的像移测量原理。实验结果表明测量精度达到0.2377pixel,测量频带达到228Hz,证明该方法能够对宽频带、高精度的像移进行有效测量。     

推扫式光电成像系统调制传递函数测试装置的设计

光学遥感系统采用线阵CCD推扫成像方法获取地面景物的高分辨图像信息,调制传递函数(MTF)是评价系统成像质量的重要参数。使用矩形波板作为目标在Nyquist频率处测试光电成像系统的静态调制传递函数可以定量评价系统的成像质量。由于采用线阵CCD推扫成像的光电系统还需要测试其在像移补偿、偏流角控制状态下的动态调制传递函数(Dynamic MTF),才可以定量评价系统在工作状态下的动态成像性能。为此,论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研究了测试系统的组成与工作方法,对其中的平行光管组件与动静态目标发生装置进行了仿真设计。其中平行光管的波像差优于25 nm(RMS),静态目标发生装置的调焦精度优于3 m,动态目标发生装置的输出像移补偿偏差小于5/1 000,照明均匀性优于95%,可以理论上实现非相干照明。上述仿真设计结果可以满足新型光学遥感成像系统实验室内动静态调制传递函数的测试需求。     

基于倾斜刃边法的调制传递函数计算及图像复原

调制传递函数(MTF)是描述光学成像系统信息传递频率特性的一个关键指标。在成像系统满足线性和空间不变性的条件下,对于含有点、狭缝和边缘等不同特征的图像,可以使用相应的方法计算得到成像系统的MTF。采用了倾斜刃边法来计算得到成像系统的MTF,分析了成像器件和算法步骤对计算结果产生的影响,进行了相应的校正,提高了计算结果的准确性。运用MTF补偿(MTFC)技术,分别使用了镜头MTF的设计值、测量值和计算值对实际拍摄得到的图像进行了复原。通过对以上3种复原图进行对比,实验结果证明了MTF计算值的可靠性和用于降质图像复原时的有效性。     

海洋湍流中光学成像相关问题研究

比较研究了海洋湍流与大气湍流中长曝光调制传递函数的差异,讨论了海洋湍流中短曝光调制传递函数(SEMTF)的适用性,并且详细研究了海洋湍流参数对系统分辨率的影响。研究表明:海洋湍流中温度起伏占主导地位比盐度起伏占主导地位时的成像质量更高,即包含更多原图像的高频细节。虽然用Fried短曝光理论研究SEMTF时在高频区存在缺陷,但随着透镜直径与空间相干长度之比以及光传输距离的增大,SEMTF在高频区的适用性增强。此外,随着海水功率谱温度与盐度的比率和海水温度方差耗散率的增大,海水单位质量湍流动能耗散率的减小,海洋湍流中光学系统的分辨率减小,即成像质量变差。     

模板法测量图像传感器调制传递函数方法研究

在干涉条纹投射法测量的基础上，提出了利用正弦模板法测量图像传感器调制传递函数的新方法.通过将一定空间频率的正弦模板直接投射在图像传感器上，获得了同频率光强呈正弦分布的图像，通过计算求出图像传感器的调制传递函数.讨论了其具体实现方法，并用空间频率为50l/mm的计量光栅做了近似实验，采用了相应的数据处理方法，获得了较为满意的调制传递系数.     

CCD相机在系统奈奎斯特频率处的调制传递函数

调制传递函数是成像系统性能的重要参数 ,在进行CCD相机调制传递函数测试时 ,通常采用矩形靶标而非正弦靶标 ,使调制传递函数的测试值与相机系统实际调制传递函数值存在差异。本文对CCD相机在系统奈奎斯特频率处的调制传递函数测试结果进行了理论分析     

空间CCD相机高精度在轨调制传递函数估算

空间电荷耦合器件(CCD)相机在轨调制传递函数(MTF)估算由于噪声影响、边缘方向不够准确以及边缘扩展函数(ESF)构建精度低,而最终导致MTF估算精度低,针对此问题提出了一种适于空间CCD相机的高精度在轨调制传递函数估算方法。先根据CCD动态成像特点建立像移速度模型,求出精确的刃边方向,然后提取出满足要求的刃边图像。在考虑噪声情况下修正调制传递函数理论模型,并提出基于CCD相机传递函数参数模型的线扩展函数构建方法,对构建的线扩展函数进行求导和傅里叶变换得到估算的MTF。实验结果表明,此方法可以高效地在轨估算MTF,与传统方法相比,MTF估算的值提高了28.71%,有效性地提升了在轨MTF估算精度。