静止轨道星载差分吸收光谱仪CCD成像系统设计

静止轨道卫星差分吸收光谱仪采用摆扫成像方式对大气进行探测,针对其工作时CCD成像系统信噪比大于1 000、高速探测模式下探测周期小于10min、高分辨率模式下探测周期小于1h的要求,进行CCD成像系统设计.选取CCD47-20作为探测器,设计成像电路实现光谱图像信号的采集和上传.分析了帧叠加和像元合并对时间、空间分辨率的影响.结合帧转移CCD的特点设计了每个位置最后一帧读出时摆镜转动的成像方式,并合理设置了帧叠加数和像元合并数,达到优化成像周期的目的.1s曝光时间条件下,该CCD成像系统的高速、高分辨率模式探测周期分别为515s和3 315s,图像信噪比均大于1 000,污染物观测实验中未出现失帧或重复的现象.该CCD成像系统方案满足静止轨道星载差分吸收光谱仪的探测需求,为静止轨道环境监测仪器设计提供参考.     

基于灰度投影法运动估计的成像CCD平移补偿法

为了提高成像质量,得到高分辨率的图像,通过对灰度投影法进行分析,提出一种基于灰度投影法运动估计的成像CCD平移补偿法,给出其系统结构图。该方法采取只平移成像CCD,探测CCD固定,即在成像CCD补偿位移量的过程中,探测CCD不补偿位移,探测CCD在成像开始的第一帧为全局参考帧,其他帧与之比较来获得位移量。验证了分辨率标板在各种运动情况下系统的补偿效果,对拍摄的实物图像进行恢复,结果证明：该补偿法对慢速运动图像和随机振动图像具有较高的恢复能力。     

基于面阵CCD芯片KAI-1010M的TDI三线阵工作方式

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构、工作时序和驱动系统,采用将存储区内相同像素在不同曝光时间的感应电荷叠加,实现了行间转移面阵CCD的时间延时和积分工作方式|采用Fast Dump Gate(FDG)功能快速清除电荷而只保留3行CCD信号以提高帧频,克服面阵帧周期长的缺点,实现三线阵工作方式,最终实现了三线阵的时间延时和积分成像工作方式.实验结果表明,此实现方式是可行的,最大帧频可达54.3 fps,控制曝光时间的方式灵活,而且能使CCD输出信号的幅度成倍的增加.     

基于面阵CCD芯片KAI-1010M的TDI三线阵工作方式

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构、工作时序和驱动系统,采用将存储区内相同像素在不同曝光时间的感应电荷叠加,实现了行间转移面阵CCD的时间延时和积分工作方式;采用Fast Dump Gate(FDG)功能快速清除电荷而只保留3行CCD信号以提高帧频,克服面阵帧周期长的缺点,实现三线阵工作方式,最终实现了三线阵的时间延时和积分成像工作方式.实验结果表明,此实现方式是可行的,最大帧频可达54.3 fps,控制曝光时间的方式灵活,而且能使CCD输出信号的幅度成倍的增加.     

超连续谱激光干扰多色CCD探测器建模仿真研究

结合超连续谱激光器光谱辐射特性及多色CCD信号传递转换机理,建立了激光干扰多色CCD成像仿真模型。依据多色CCD工作原理,理论分析了饱和串扰信号转移规律;根据多色CCD结构,借助光学专业设计软件实现CCD像面激光能量空间分布特性研究;综合考虑饱和串扰信号转移规律及CCD像面激光能量空间分布,建立了超连续谱激光干扰单色CCD饱和串扰效应仿真模型,在此基础上结合多色CCD成像多色可视化原理,实现超连续激光干扰多色CCD输出图像仿真。最后,引入图像质量评价因子,研究了不同激光能量对多色CCD输出图像质量的影响。实验结果表明:激光功率密度是激光干扰效果的重要影响因子,随着激光能量增大,多色CCD输出图像质量下降。     

CCD摄像机TDI模式及实时显示技术研究

叙述了CCD摄像机作为微光夜视探测的TDI(时间延迟积分 )特性及实时显示多帧累积后目标图像的技术 ,利用CCD摄像机的外触发控制系统和EPLD可编程逻辑器件实现图像的TDI累积。可获得当CCD靶面照度为 3 7×10 -5lx下静态目标达到 3 0 0TVlines分辨率的图像。给出标准的视频信号输出及实时显示。     

基于互信息的干涉成像采样系统性能分析

为了优化干涉采样成像系统的设计,采用端到端的互信息量评价系统的性能.建立了基于互信息的干涉采样成像系统数学模型.利用该模型得到了互信息量最大时光学成像系统和CCD的匹配条件:相干成像光学系统的截止频率等于CCD的Nyquist频率.分析了物体频谱分布、噪声、光源相干性和光学成像系统像差对互信息量的影响.结果表明,它们不影响光学成像系统和CCD的匹配条件.     

基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法研究

针对传统光学成像测量方法对高速运动目标成像帧频低、像质模糊,难以满足对目标形变高精度测量的缺点,提出一种基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法。该方法利用线阵CCD高分辨率、高帧频等优势,通过提取线阵CCD输出目标强度——像素曲线斜率变化率最大点来获取目标所占像素数N的像素数提取方法,同时采用DMD模拟高速运动目标形变过程,配合基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法进行形变测量实验验证。实验结果显示采用该方法对V=450 km/h的高速运动目标进行形变量测量时,可以满足目标形变测量偏差小于0.3 mm,标准差小于0.5 mm,相对误差最低0.01%。实现了高速运动目标形变量的准确测量,为高速磨损测试、高温形变测试、高压形态测试等奠定了基础。     

75帧/s准高帧频CCD摄像机74H0的特性分析

介绍了准高帧频CCD摄像机的一般概念及 75帧 /sCCD摄像机输出图像的工作原理和主要性能指标。准高帧频CCD摄像机具有 75帧 /s的图像速度 ,除了适合于弱视阅读机以外 ,还能在电视电影拍摄和相互转换应用中起到积极作用 ;另外还能在电视监控准动态运动物体和交通监控系统中作为前端传感器。由于能与PC显示器匹配 ,所以可应用到各学科研究领域的图像分析仪中     

基于LCTF的多光谱面阵CCD相机的辐射定标

基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的多光谱面阵CCD相机是一种新型的多(高)光谱成像系统,它利用液晶的电控双折射效应和偏振光的干涉原理,在面阵CCD上记录任意一个波长的图像信息.由于LCTF和帧转移型面阵CCD工作方式的特殊性,普通的定标方法不能满足遥感应用的精度需求.提出用积分球+标准探测器的定标系统对相机进行性能检测...     

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5.67 μrad,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。     

一种新的提高CCD成像分辨率的方法

提高数字图像的分辨率一直是一个热门话题,在现代高技术战争中发挥着重要的作用。从CCD成像原理出发,分析了1／2像素错位的低分辨率图像与高分辨率图像各像素灰度值之间的对应关系,提出了一种新的提高CCD成像分辨率的方法。通过多次移动CCD获得多幅低分辨率图像,按照介绍的算法合成一幅高分辨率图像,达到了CCD分辨率提高多倍的目的,算法的本质是使一超定解多元方程组变成有唯一解的方程组。通过仿真实验和分析表明：所建立的提高分辨率的方法是正确的,分辨率可以提高2倍、3倍甚至更高在理论上是可行的,而计算时间的复杂度远远小于其它方法。     

用于成像侦察的CCD探测器成像分辨力的探讨

通过对CCD探测器成像过程的模拟,分析了CCD成像在像元几何尺寸及成像灰度方面的数字离散化特征对CCD成像分辨力的影响,给出了CCD成像分辨力与CCD像元分辨力的关系,同时也给出了在相应情况下的调制度传递函数(MTF)的数值。     

Design of a very high frame rate camera based on an asynchronous CCD driving method

A very high frame rate camera is designed based on an innovative CCD driving method. The CCD driving method is mainly implemented on frame transfer CCDs. Asynchronous drive timing sequences are applied in the image and storage section of the CCDs. Several rows of the charge in the image section are binned onto the same row in the storage section, and there are the same number of images to be stored in the storage section before they are read out. Based on the new driving method, the frame transfer CCDs can work at a very high frame rate in acquiring burst images though the reading speed remains at a lower level. A very high frame rate camera is designed in this paper. The innovative CCD driving method is mainly of concern. An e2v's CCD60 is adopted in the camera system, whose full size resolution is 128×128, and the up most frame rate is 1000 Hz in the conventional CCD driving method. By using the presented method, the CCD60 based imager is capable of operating at up to 40000 frames per second (fps) at a recognizable resolution of 128×32. Comparing cameras using traditional binning and region of interest technologies, the frame rate is normally less than 5000 fps while the resolution is only 32 × 32 lett.     

多路CCD成像非一致性动态校正新方法

在多路CCD成像结构中,由于影响各路成像参量不一致的因素较多,常规校正方法变得复杂和困难。在分析多路CCD成像机理的基础上,提出了一种利用小波变换的多路CCD成像非一致性动态校正新方法,即在分析同一目标成像中异路图像像元特性差异的基础上,利用小波变换构筑校正因子对后续的CCD捕获图像进行校正。为满足实时校正的需要,研究了动态条件下成像校正的时效性,分析了不同小波的动态校正效率。实验结果表明,校正后同一目标异路图像相关值为0．9975,Symlet3小波在两路及多路成像校正中均具有较高效率;在多路成像中,Symlet系列小波相对于其它类型小波校正效率相对突出。此方法为多路CCD成像非一致性在线校正提供了有效的途径。     

基于异步时序的高帧频相机垂直拖尾处理

介绍一种高帧频相机垂直拖尾影响的解决方法,该方法同时考虑连续采集模式下帧间图像和像元合并（binning）技术的影响。与常用的静态图像拖尾处理的算法如逆向逐行修正算法相比,该算法非常适用于连续图像拖尾处理,特别是经过Binning后获取的图像。在某自主研制的基于异步时序的40 000 帧/秒高速相机中应用该方法,有效去除了拖尾影响。最后,运用该方法处理的图像验证了算法的有效性。     

神龙一号参数测量用高速两分幅相机

采用长焦距镜头的后工作空间全口径分光原理,利用门控型像增强器、CCD相机、基于大规模可编程集成电路的高速快门控制触发系统等部件,研制了具有较高时间分辨能力和高灵敏度的两分幅高速相机,并在此基础上建立了束参数的高速测量系统。两分幅相机的最高快门速度约3 ns,幅间间隔时间则具有以0.5 ns的步进进行调节的能力;快门时间及幅间间隔时间可以分别独立调节,最大可到1 s;同时具有较好的线性度和空间响应的均匀性,等效背景噪声低到约5 electronspixel-1s-1,并且分幅相机灵敏度调节范围大。该系统一次可以拍摄两幅图像,图像阵列可达到1 0241 024,满足神龙一号的各种测量要求。     

亚像元几何图像成像与超分辨恢复算法

随着光学成像到光电数字成像的转变,如何提高CCD的几何分辨率已成为研制高分辨光电成像系统亟待解决的问题。从研究现状入手,给出了现有算法并指出不足之处`,建立了亚像元超分辨成像数学模型,提出了亚像元的CCD几何超分辨方法:将两片线阵CCD集成在同一器件中,在线阵方向上错开半个像元,同时读出时间减半,最终交织重组图像数据,合成高分辨率图像。利用MATLAB软件对双线性插值方法及亚像元成像方法进行了仿真,并定性定量地分析了两种方法的效果。结果表明:亚像元方法合成图像分辨率约为低分辨率图像的2倍,且两组仿真图像中的峰值信噪比比双线性插值图像分别高出1.4864dB和2.2070dB,该方法可以显著地减轻欠采样引起的图像模糊,且实时性优于双线性插值方法。     

基于立体像素匹配的图像重构技术研究

为了解决目前全景成像技术中分辨率低的问题,提出了一种新的基于3D场景立体像素光线映射的全景图像计算机重构技术.在全景成像技术中,3D场景的每个立体像素点经全景成像系统的编码系统分别映射在一定区域的多个体元素图像的不同像素点上.在计算机重构全景图像时,根据逆光学路径原理,提出了从立体像素映射到的体元素图像区域中提取对应立体像素的多个2D像素点来重构全景图像,使重构的全景图像最大分辨率可达到传统成像方法图像分辨率的N倍（N为映射区域面积）.提出的立体像素的匹配技术大大提高了重构的计算机全景图像分辨率.