CMOS星敏感器光学系统的设计

基于对恒星星表V/50的统计,在确保一定捕获概率的前提下,确定了星敏感器光学系统的视场角和所能探测的极限星等,在此基础上,结合所选用的STAR-250CMOS探测器的性能,在保证一定信噪比的前提下,确定了光学系统的通光孔径、焦距、工作光谱范围和中心波长、弥散元大小等主要参数。以改进双高斯型结构为初始结构,在ZE-MAX平台上实现了具有良好像质的大孔径(F/1.198)、大视场(22.6°)、宽光谱范围(0.5μm~0.8μm)的光学系统的设计,满足了对弥散斑、能量集中度等的特殊要求。     

轻小型星敏感器光学系统的设计

介绍了星敏感器的工作原理,对光学系统的指标进行详细的分析,给出光学系统的设计结果和评价.设计得到的镜头焦距22.7 mm,相对孔径1:1.4,视场角17.1°×17.1°(圆视场角24°),而长度仅45.3 mm.由七个球面透镜组成,光阑放在第二、三透镜之间.     

白昼星敏感器的研究现状及关键技术

星敏感器以恒星为姿态测量参考源,可以为空间飞行器提供高精度姿态测量信息。白昼星敏感器具备白昼条件下恒星探测能力,可以拓展用于高空气球、飞机、导弹、舰船等近地空间平台的全天时自主导航。对白昼星敏感器的国内外研究现状进行了综合分析,介绍了典型白昼星敏感器的技术指标,对制约白昼星敏感器发展的技术瓶颈和关键技术进行了梳理和总结。     

CMOS图像传感器在空间技术中的应用

介绍了CMOSAPS(有源像素图像传感器 )的原理与结构 ,并介绍了发展现状。详细分析比较了CMOS图像传感器相对CCD的性能特点 ,讨论了CMOS图像传感器在空间技术中的可应用领域 ,尤其是在微纳型卫星遥感成像、姿态敏感方面替代CCD的应用可行性     

大动态CMOS APS的星敏感器光学系统主要参数设计

星敏感器广泛用于空间飞行器的姿态测量,为减少飞行器飞行过程中转动对星敏感器测量精度的影响,定量分析了捷联安装的星敏感器透光孔径、曝光时间、视场、焦距、像素数目与转速之间的关系,提出了大视场、短曝光时间、较少的像素都能提高星敏感器的动态。鉴于这三者之间是相互关联的,首先,由导航星的捕获概率确定了视场大小,然后,根据恒星辐射模型和CMOS有源像素传感器的噪声计算模型,确定了透光孔径、曝光时间。     

小视场轻型星敏感器在白天测星中的应用

从白天天空背景、恒星光谱特性、星敏感器的构造特点3方面分析白天大气层内小视场轻型星敏感器对恒星探测的可行性。在此基础上,采用光谱滤波、合理选择系统参数等方法,研制了小视场轻型星敏感器,并在高海拔地区进行了白天地面观星实验,理论分析和实验结果表明:小视场轻型星敏感器能够实现白天恒星的探测。在3 km海拔高度、大气能见度10 km、视场21.5、太阳规避角30以外、天空晴朗无云的环境下,可探测星等极限值达到3.8等。     

星敏感器光学系统弥散斑测试方法

提出了一种星敏感器光学系统弥散斑尺寸的测试方法,主要是利用平行光管、转台和CCD显微摄像系统组成弥散斑测量系统,采集图像后,采用双三次插值像元细分,提取图像中灰度值,依据瑞利判据计算弥散斑尺寸。通过实际测量和试验验证,光学系统0.8视场弥散斑测量精度可以达到0.5μm,重复测量精度可达0.2μm。     

星敏感器星图处理研究

星敏感器是一种通过观测恒星位置,直接提供运载体在惯性空间中三轴绝对姿态的光电仪器。星图处理是星敏感器的重要工作内容之一,关系到后续星图识别的正确进行。处理方法需要能够有效地降低噪声,抑制背景,并正确提取出图像中的恒星目标。从分析星敏感器实际获取的星图特性入手,提出了相对应的图像处理算法。最后,进行实际测星试验,验证了星图处理算法的正确性和有效性。     

小孔阵列式太阳敏感器的光学系统设计

微型数字式太阳敏感器光学系统由APS CMOS图像传感器和基于MEMS工艺的小孔阵列式光线引入器组成。图像传感器的分辨率为1024×1024pixel,像素尺寸为10μm×10μm;光线引入器具有微小孔阵列结构,小孔为方形孔,30×30阵列,尺寸为60μm×60μm,间距为250μm。光线引入器采用了MEMS工艺的掩模板制备工艺。针对所设计的光学系统计算了曝光时间,并在此基础上进行了地面成像实验。实验结果表明,光学系统设计合理,保证了敏感器所具有的高精度和大视场。     

宽视场大相对孔径星敏感器光学系统设计

介绍了一种用于卫星姿态控制的星敏感器光学系统,该光学系统焦距为51 mm,相对孔径为1/1.1,视场角为21°×21°（圆视场2ω＝30°）,光谱范围为0.5～0.85 μm,采用了复杂化双高斯结构.与普通成像系统不同的是,该系统要求对不同光谱的恒星所采集到的点像能量中心是一致的,且星像点像的弥散圆须控制在一定的范围内.具有倍率色差小、轴上和轴外能量分布比较一致的特点.     

Noise minimization via deep submicron system-on-chip integration in megapixel CMOS imaging sensors

Infrared sensor designers have long maximized S/N ratio by employing pixel-based amplification in conjunction with supplemental noise suppression. Instead, we suppress photodiode noise using novel SoC implementation with simple three transistor pixel; supporting SoC components include a feedback amplifier having elements distributed amongst the pixel and column buffer, a tapered reset clock waveform, and reset timing generator. The tapered reset method does not swell pixel area, compel processing of the correlated reset and signal values, or require additional memory. Integrated in a 2.1 M pixel imager developed for generating high definition television, random noise is ∼8e-at video rates to 225 MHz. Random noise of ∼30e-would otherwise he predicted for the 5 μm 5 μm pixels having 5.5 fF detector capacitance with negligible image lag. Minimum sensor S/N ratio is 52 dB with 1920 by 1080 progressive readout at 60 Hz, 72 Hz and 90 Hz. Fixed pattern noise is <2 DN via on-chip signal processing. The paper presented there appears in Infrared Photoelectronics, edited by Antoni Rogalski, Eustace L. Dereniak, Fiodor F. Sizov, Proc. SPIE Vol. 5957, 595701 (2005).     

最佳非球面位置的确定─APS因子及其应用

非球面化一直是光学设计领域内非常重要但未得到充分应用的一个方面，近年来材料科学和加工工艺的发展在一定程度上促进了非球面化的实际应用。本文是作者在实际非球面化工作中经验的归纳和总结，通过引入非球面化位置选择因子（ＡＰＳ因子），对如何选择最佳非球面位置进行了系统的探讨，得出了ＡＰＳ因子与待校像差、最佳非球面位置的关系。     

基于CCD与CMOS的图像传感技术

概述了CCD图像传感器的原理、特点及发展趋势。对CMOS图像传感器的结构和工作原理,尤其是CMOS与CCD两类图像传感之间的不同进行综述。重点介绍了CMOS图像传感器的研究现状和发展趋势。     

CMOS图像传感器时间域噪声分析及其应用研究

针对目前CMOS探测器的噪声研究绝大部分采取频率域的分析方法,所得的结果对于实际的探测器应用指导性不强。从时间域出发,构建了全新的探测器噪声模型,分析了在探测器的不同工作时期内噪声量大小同时间的关系。给出了探测器工作时序的优化准则,积分时间越长,系统的信噪比增加,输出信号电压值增大,等效输入端信噪比不变,系统的动态范围减小;复位时间越短,输出噪声量越小,但是图像的滞后效应也就越严重,在对弱小目标进行成像时应该尽可能地减少复位时间,增大积分时间,对于亮目标成像,应该增大复位时间,减少积分时间。     

CMOS vs. CCD sensors in speckle interferometry

In the field of interferometric metrology the use of high resolution CCD sensors with 1024×1024 to 2048×2048 pixels is predominant. Due to special features (e.g. random pixel access, characteristic curve) CMOS sensors with similar resolution can be an interesting alternative. We compare some characteristics of both sensor types that are important for interferometry and demonstrate two exemplary applications that are only possible by using CMOS cameras.     

大面阵CMOS APS相机系统的设计

基于大面阵CMOS APS图像传感器LUPA-4000设计出一个相机系统.通过对LUPA-4000驱动时序的分析,选用FPGA作为驱动信号产生载体,使用VHDL硬件语言设计了包括CMOS传感器驱动、通信、数据转换等一体化的程序,并分别对各个程序模块进行说明.设计了系统硬件电路,并加载程序对CMOS传感器驱动信号进行测试,给出了控制像素积分信号的测试波形.经测试相机电路系统与计算机通信正常,与下位机数据传输准确无误,系统整体运行稳定可靠.安装光学系统后获取了高质量图像.     

凝视型电荷耦合器件探测器数学模型

首先分析了电荷耦合器件(CCD)的工作特点和电荷的产生、存储、传输及输出的特征,然后,根据光电理论和探测器的工作原理,由电荷耦合器件的探测器面阵列图推导出一种军用电荷耦合器件(CCD)摄像机的探测器面阵调制传递函数,最后得到了一定入射条件下探测器元的输出电子数目,这一结果对从理论上分析这种光电结构的性能具有参考意义.     

大面阵CMOS APS相机系统的设计

基于大面阵CMOS APS图像传感器LUPA-4000设计出一个相机系统.通过对LUPA-4000驱动时序的分析,选用FPGA作为驱动信号产生载体,使用VHDL硬件语言设计了包括CMOS传感器驱动、通信、数据转换等一体化的程序,并分别对各个程序模块进行说明.设计了系统硬件电路,并加载程序对CMOS传感器驱动信号进行测试,给出了控制像素积分信号的测试波形.经测试相机电路系统与计算机通信正常,与下位机数据传输准确无误,系统整体运行稳定可靠.安装光学系统后获取了高质量图像.