影响CCD调制传递函数的因素

针对慢速扫描的帧转移CCD器件，采用类似传统的评价成像系统质量的方法对其MTF进行计算，由于器件本身性能及系统电路等方面性能的原因，会导致CCD输出信号中的成分比较复杂，使系统的MTF的计算相对复杂化；在计算中利用了CCD器件的一些实际性能参数，得到了与实际应用系统一致的结论。主要考虑CCD器件的量子效率、暗电流及其噪声、信号本身的幅度调制度、光照度A等因素的影响。因此，CCD输出信号式中，     

基于MTF的时间延迟积分CCD成像系统同步误差分析

通过像移调制传递函数MTF分析了TDI CCD行扫速率与运动像不同步时对相机成像质量的影响。为验证速度失配对TDI CCD相机成像质量的影响，针对应用环境，利用高对比度靶标对TDI CCD动态成像进行了仿真实验和动态测试，结果表明，在奈奎斯特频率范围内，只要将相机动态成像系统的同步误差控制在±2%的范围内，并使图像时钟处于连续多相的工作方式，就可以基本上消除同步误差对成像质量的影响。     

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。     

TDI CCD成像电路系统响应模型的研究

为建立准确的时间延迟积分电荷耦合元件(TDI CCD)成像电路系统的响应模型,根据成像系统的信号处理流程,详细分析了CCD传感器、预放电路与视频处理电路等主要环节对系统响应的影响,并结合理论响应模型,针对实际的处理流程,建立了实际系统的理论响应模型。利用某航天相机TDI CCD成像系统进行了暗电流噪声、视频处理电路噪声等专项测试实验,并在不同的拍照参数与光辐射条件下进行了辐射定标实验,分析了具体的实验图像数据,采用最小二乘法的线性拟合与二次多项式拟合分别得到了系统响应的近似数学模型和高精度数学模型,拟合决定系数R2分别达到了0.992和0.9998。利用该响应模型可以准确计算卫星在轨拍照时地物的辐射特性,并为合理选择相机在轨拍照参数提供依据。成像实验表明,系统响应模型准确,参数设置合理,满足相机在轨拍照的任务要求,提高了相机在轨工作的效率。     

科学级光学CCD暗电流及机械快门时间响应特性测试

暗电流在科学级电荷耦合器件(CCD)长时间曝光测试实验中是主要的噪声之一。实验测试了暗电流信号平均计数随曝光时间的变化关系,并经过计算得出-10℃和-20℃下暗电流分别为2.43ADU/(s.pixel)和0.4854ADU/(s.pixel),同时测试了暗电流随CCD制冷温度的变化特性,结果显示暗电流随温度类似指数函数形式变化。由于CCD机械快门的时间响应特性对科学级光学CCD的短时曝光计数的影响比较大,实验测试了CCD平均计数和曝光时间的关系,得出实验所用的TEK 512pixel×512pixel DB CCD的机械快门在18ms时能够完全打开。     

基于PCIe2.0的Camera Link接口相机模拟系统设计

目前,为了进行空间科学实验,多种卫星搭载航天CCD相机以便获取图像数据。而在地面对星载图像处理系统的工业检测需要大的分辨率及更高灵敏度的CCD工业相机。由于CCD工业相机的价格高昂、输出不够灵活等限制原因,本文设计一款基于PCIe2.0的Camera Link接口相机模拟系统,代替航天CCD相机,实现输出分辨率高达8000×6000的多种图像数据,可以灵活的输出测试所需的特定图像,为图像处理系统的检测提供稳定灵活的图像数据,以满足对星载图像处理系统检测测试的需求。     

光源光谱特性对空间相机调制传递函数检测的影响

调制传递函数(modulation transfer function, MTF)检测是评价空间相机像质的重要手段.空间相机光学系统透过率和色差、探测器量子效率均与波长相关,采用不同光谱特征的光源所得到的MTF会出现偏差,光源光谱特性的影响不可忽略.针对这一问题,提出了一种分析光源光谱特性对空间相机MTF检测结果影响的方法,设计了空间相机光谱响应率和单色PSF标定装置及方法.利用所提方法及标定结果,计算了五种光源检测空间相机MTF时的理论值,发现氙灯和其他四种光源的MTF值偏差较大.对比卤钨灯和氙灯检测MTF时的理论值,发现卤钨灯所得MTF在全频段内均大于氙灯所获取的MTF,二者之间的偏差在中高频处最大,最大偏差为0.075.搭建了实验装置,分别采用卤钨灯和氙灯作为光源,利用倾斜刃边法检测MTF,发现二者所得MTF在各个频率点处的分布特征及偏差与理论计算结果相同,且最大偏差为0.057.理论及实验结果表明,本文方法能够准确评估光源光谱特性对空间相机MTF检测的影响.     

多光谱CCD相机配准的图像校正

通过分析线阵CCD的成像过程,对多光谱CCD相机成像的彩色图像合成方式进行了研究,提出了一种处理方法。通过将各谱段CCD的每个像元信号分别扩展成一个二维像素数组后再进行彩色合成,尝试了利用后期处理的方式校正多光谱相机的配准偏差,改善了相机彩色合成图像的质量。结果表明,这种对CCD信号进行处理的合成方式为空间遥感相机的研制提供了一种技术手段,既能减小配准偏差的影响,同时又能够在不改变相机性能的情况下改善相机输出彩色图像的质量。     

CCD相机调制传递函数测试软件的研制

数学傅立叶分析法是测量调制传递函数常用的一种方法，为了迅速地给出采用该方法进行调制传递函数测试的结果，针对刀口扫描测试CCD相机调制传递函数的测试系统研制了测试软件。软件可读入CCD相机摄取的数字图像文件，对数据进行消噪声处理，并自动识别刀口位置，选择合适区域计算出相机的调制传递函数。软件采用VC语言编制，结果以列表和曲线两种形式输出，用户界面良好，使用方便。利用该软件得到的测试结果与俄罗斯软件的计算结果吻合较好。     

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     

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     

矩形靶标测试CCD相机调制传递函数的研究

利用矩形靶标测量CCD相机的整机调制传递函数时,由于靶标与CCD像元之间存在初始角度误差与初始位置误差,实验测得的调制传递函数小于CCD相机实际调制传递函数。根据调制传递函数的定义,模拟CCD对具有初始角度误差与初始位置误差的矩形靶标成像,推导出了CCD像元的亮度分布公式,从而给出了调制度与初始角度误差和初始位置误差的关系,并分别对具有初始角度差、初始位置差的情况进行分析。最后利用像元间的亮度差推导出计算初始角度误差的理论公式并进行了仿真验证。     

CCD摄像机的输出调制度阈值分析

应用数理统计学的有关内容对CCD输出信号中的随机噪声进行了相关分析。引入了“噪声等效调制度”这一概念 ,利用计算机模拟技术对摄像机成像时所产生的随机噪声进行了模拟与计算。通过计算机模拟 ,推导出了噪声等效调制度与CCD摄像机系统信噪比之间的关系。将信噪比对CCD摄像机成像质量的影响予以量化 ,并对摄像机的输出调制度阈值进行了分析与计算     

基于超光谱成像探测系统的线阵CCD的调制传递函数特性研究

超光谱成像是一种场景图谱合一的技术,在战场侦察中得到了迅速应用,其成像质量的评价问题受到越来越多人的关注。根据调制传递函数对比度定义,建立了超光谱成像探测系统的线阵CCD调制传递函数的数理模型,对输入信号与线阵CCD的空间相对位置对调制传递函数的影响进行了计算和分析。结果表明,在Nyquist分频处,相对位置对调制传递函数的影响较大,且随频率的增大而增大;在其他频率处,相对位置对调制传递函数的影响与偏离百分比|ζ|有关,|ζ|＜0.1%的频域,偏离百分比|ζ|越小,相对位置对调制传递函数的影响越大;|ζ|＞0.1%的频域,相对位置对调制传递函数的影响几乎可以忽略不计。所得结论对超光谱成像系统的调制传递函数测量系统设计具有一定的指导意义。     

基于改进倾斜刃边法的CCD相机调制传递函数的测量

提出了一种在倾斜刃边法的基础上进行部分改进的方法。该方法由Canny算子检测采集到的图像中的刃边分割位置,结合刃边图像直方图呈双峰性的特点,利用类间方差最大化阈值分割算法（Otsu）计算对Canny算子性能具有决定意义的高阈值。以刃边区域中每行的质心为ESF中心位置,以0.1亚像素间距对Canny检测下每一行的分割位置及其刃边邻域像素进行离散采样,将获得的二维刃边信息数据沿着刃边方向整体投影成一维数据,得到提高采样率下平均处理的ESF。增加了测量结果的信噪比,运用该方法进行了实验室CCD相机整机系统的调制传递函数测试,对实验中影响MTF测试精度的因素进行了分析。实验测得在奈奎斯特频率处与理论值误差在5%以内。     

CCD相机动态传递函数核心测试设备的设计

高分辨率CCD相机的动态传递函数测试设备主要用在实验室条件时使用,模拟相机在飞行状态时地面景物的空间运动轨迹,综合评价相机系统在自身动态像移补偿、偏流角控制下的成像质量。与传统的静态传递函数相比,该项指标能够更好地反映CCD相机在实际工作状态下的成像质量。以动态传递函数测试的基本原理为基础,提出了系统中的关键测试设备—动态目标发生器的研制思路,并对设备的测试精度进行了分析,得到了动态目标发生器光学/机械系统的工程化设计方案。     

大气环境对空间CCD相机成像的影响

分析了大气环境对空间CCD相机在轨成像的影响,应用计算软件对大气环境影响空间相机成像的传递函数进行了初步的计算。     

航天线阵CCD相机推扫成象过程的象质研究

本文从线阵CCD相机推扫成象的原理出发,根据CCD器件动态时间积分的特点,指出了它与胶片型航天相机成象的区别,推导出了沿航迹方向和穿航迹方向由光学图象向光电图象转换的调制度公式.在线性传递情况下推导了图象动态传递的MTF一般公式,并由此公式说明以往对于推扫成象的MTF计算公式仅为一般公式中的一个特例.提出了象元积分重叠率的概念,并讨论了它对整机MTF的影响.指出了线阵CCD相机在特征频率下正常成象是有一定概率的,并提出了其正常成象概率的具体算法.     

推扫式线阵TDI CCD扫描调制传递函数分析

 根据线阵TDI CCD离散采样的特点,以采样间距内成像调制度均值为基础,构建了推扫成像模式下线阵TDI CCD扫描方向的调制传递函数。该调制传递函数的数值分析表明：对于像元为10 μm的线阵TDI CCD,行转移驱动时钟相数为4, 3或2时,Nyquist频率处调制传递函数值分别为0.363,0.333或0.255;行频误差为1%及3%时,不同积分级数下调制传递函数变化曲线表明,增大行频误差及增加积分级数将使调制传递函数值减小,图像分辨率降低。成像实验结果符合所构建调制传递函数的定量分析结论。     

输入信号与CCD像元位相匹配对调制传递函数的影响

通过对ＣＣＤ采样过程的分析,说明了输入信号与ＣＣＤ像元位相匹配对调制传递函数（ＭＴＦ）有影响。利用自制的ＭＴＦ测量装置,在两个像元长度范围内,测定了线阵ＣＣＤ的ＭＴＦ随输入信号与ＣＣＤ像元之间的位相而变化的情况,实验结果与理论结果吻合