TDICCD相机的卫星姿态稳定度确定

为解决卫星平台振动造成的图像质量下降问题,提高TDI CCD相机成像质量,分析了卫星姿态稳定度的范围及影响。讨论了卫星平台振动与TDI CCD成像质量的相关性,推导了卫星平台姿态稳定度和像移的关系公式,得出TDI CCD相机对卫星姿态稳定度的要求与轨道高度以及积分级数有关。实验验证了公式推导,结果显示：轨道高度越高,积分级数越大,对卫星姿态稳定度的要求就越严格。数据表明：轨道高度在200～1000 km变化时,对卫星姿态稳定度的要求从0.0377 rad/s提升至0.00635 rad/s;TDI CCD 相机的积分级数在1～100间变化时,对卫星姿态稳定度的要求从0.014 rad/s提升到0.00014 rad/s。本文工作确定了卫星姿态稳定度和轨道高度以及积分级数的关系,有助于TDI CCD成像质量的提升。     

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     

TDICCD拼接相机的像元响应非均匀性校正方法

为了解决光学TDICCD成像系统在拼接模式下的像元响应非均匀性问题,研究了TDICCD像元校正的原理和实现方法。提出了视频处理器在不同增益、不同偏置和TDICCD在不同积分时间下进行像元校正的方法,设计了在现场可编程门阵列（FPGA）平台下进行了程序实现和验证的方法。实验数据分析表明：成像系统单片TDICCD的非均匀性由4.72%降低到0.27%,恶劣环境下TDICCD成像系统的图像非均匀性可以降低2.55%。该像元级校正算法简单,可靠性高,能够满足星上成像的要求;在不同的增益、偏置和积分时间下能够很好地解决TDICCD成像系统的像元响应非均匀性问题。     

随机振动对星载TDICCD影响分析

研究了星载TDICCD的成像机理,着重分析卫星扰动引起TDICCD随机振动,造成图像质量下降,给出了典型的振动传递率和可行的振动抑制方法.为了提高TDICCD减振的能力,对TDICCD实施隔振和阻尼抑振控制技术.同时分析了振动控制的基本原理和设计原则,给出了相关的设计.     

线阵CCD相机细分采样成像的像质研究

从理论上推导了线阵CCD相机间歇细分采样和连续细分采样成像所得到的光电图像调制度和调制传递函数公式,并讨论了这两种采样方法对提高动态成像调制传递函数的不同效果,分析比较了它们的特点和工程应用的可能性.     

飞船振动引起的空间相机像移模型分析

为了对由飞船振动引起的空间相机像移随时间变化规律进行分析,在NASA对Landsat-4卫星平台振动在轨测试结果的基础之上,提出了连续谱及各级非严格整数倍频谐波线性相加的焦面干扰力功率谱模型,推导出了相应的焦面干扰力时域模型,依据刚体运动学原理,建立了连续谱分量和各级非严格整数倍频谐波的线性相加的空间相机焦面像移模型。实验证明了由飞船振动引起的像移模型的正确性。     

基于光学相关的空间相机像移测量方法研究

为了测量由卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机的亚像元像移,使用了光学联合变换相关的方法对安装在相机焦面上的辅助面阵CCD采集到的相邻两帧图像进行相关运算.给出了使用该方法测量像移的原理,提出对联合变换相关器的输入面采用拉普拉斯卷积核进行边缘锐化,对功率谱相减并以0值进行二值化的处理方法提高像移测量准确度,并使用该方法对不同信噪比下的不同景物进行了像移测量仿真.结果表明:对于信噪比SNR=1的输入图像,当像移范围在 0~55个像元内时,该方法的像移测量误差小于0.2个像元.     

全景式TDICCD摆扫航空相机像面旋转的高精度补偿

摆扫式相机在扫描成像过程中,必须保证扫描机构与像面探测器之间摆扫运动的同步性,如果二者之间出现角度偏差或速度偏差,就会引起像旋转现象,使图像模糊,造成图像质量的下降。以全景式时间延迟积分(TDI)CCD摆扫航空相机为例,利用坐标变换方法建立了像旋分析的数学模型,分析了位置同步误差与速度同步误差对成像质量的影响,提出了基于干扰观测器的同步补偿方法,保证了两个机构之间位置及速度的同步性,实现了调速控制器与同步控制器的独立设计,有利于实际应用。通过实验室静态分辨率成像实验及对外成像实验,对理论分析结果进行验证。实验结果表明基于本方法的位置及速度同步误差分别小于0.0043°、0.0695°/s,均满足补偿精度要求,在成像过程中图像的旋转及失真现象得到了明显的抑制,图像质量获得了大幅提高。     

基于B样条插值算法的亚像元技术的研究

亚像元动态成像技术是目前实现卫星相机小型化及提高相机空间分辨率的一种有效方法。在不改变TDICCD相机的焦距、成像距离,以及TDI CCD器件的像元尺寸的前提下,亚像元动态成像技术可以提高相机的空间分辨率。利用B样条插值算法,研究了TDI CCD相机的图像的亚像元动态插值问题,由两幅相机输出的原始图像经过算法得到比原图像分辨率高的图像,并对比了该算法与其它几种算法的效果,分析结果表明,该算法较其它算法得到的高分辨率图像的效果更佳。     

一种适于空间多光谱TDICCD图像压缩算法

针对传统遥感图像压缩算法中小波变换和位平面编码没有考虑图像内容特点而导致多光谱各谱段图像边缘和纹理的模糊的问题,提出一种适于成像谱段数相对较少多光谱TDICCD图像压缩算法。提出的自适应提升DWT可以自适应的选择最佳的提升方向,同时根据图像局部特征使用拉格朗日插值策略进行预测,这种方法可以充分的利用图像的纹理信息。提出的码率控制算法可以根据图像纹理复杂程度进行自适应的码率分配。实验结果表明,提出的压缩算法具有良好压缩性能,对于平滑的图像与传统算法相当,对于边缘和纹理程度复杂的图像,性能高于传统算法,在正常工作压缩比为8∶1时,平均信噪比比传统方法平均提高了3.53 dB。有效的保护了多光谱图像的边缘和纹理信息,非常适于纹理复杂的空间多光谱CCD图像压缩应用。     

星载TDICCD界面颤动的动力学模型及共振点扫描研究

简要分析了高分辨率星载遥感TDICCD相机的成像原理,研究了基于混合界面颤动的星载遥感TDICCD相机动力学分析模型.结果表明:星载遥感TDICCD相机对地观测时,载体部件的运动使相机产生振动响应,该响应会对成像质量有影响;对星载TDICCD相机进行了共振点扫描试验,试验测量了多点的加速度信号,并用信号分析仪进行了数据处理,获得了星载遥感TDICCD相机共振点扫描结果.这些动态特性结果为星载遥感TDICCD相机的防振、隔振设计提供了参考.     

TDICCD的视场拼接

CCD拼接技术是一种能够有效满足CCD相机视场覆盖宽度要求的专用技术。CCD的视场拼接可用于反射式光学系统,不会引入附加的色差。TDICCD是一种新型的、可在低照度环境下成像的器件,其结构与普通的线阵CCD完全不同。介绍了TDICCD的视场拼接技术,并根据TDICCD的结构和成像特性,对TDICCD的视场拼接进行了分析。结果表明,在吸收和借鉴光学拼接工艺和操作经验的基础上,完成了对TDICCD的视场拼接工作,使视场拼接精度达到了设计要求。     

分幅相机像面一致性分析及分幅方法改进

为了提高分幅相机的像面一致性,从分孔径和分振幅两种分幅方法的原理出发,分析了物体辐射特性影响像面一致性的原因.基于光纤传像器件匀光作用,提出了一种提高像面一致性的方法,并以棱锥分孔径实现六分幅为例,在LightTools软件中仿真了光纤面板厚度、纤芯直径、光线入射角度等参量对像面一致性的影响.结果表明,当光束主光线在光纤前端的入射角在±15°内变化时,增大光纤面板厚度或减小纤芯直径,可使得六幅像面能量差小于0.3%.基于光纤传像器件的棱锥分幅结构,可有效提高分幅相机的像面一致性.     

航空可见光相机成像质量影响因素分析

利用美国国家图像解译力标准NIIRS和通用图像质量方程GIQE分析了影响可见光相机图像质量的各种因素。以"全球鹰"无人侦察机所装载的电光相机为例,模拟计算了成像高度、成像角度、光学系统焦距、探测器间距、归一化相对边缘响应几何平均值、噪声增益及信噪比对成像质量的影响。研究结果能够为可见光成像任务规划,航空可见光相机设计提供基础理论支撑。     

TDICCD调制传递函数检测及评价方法研究

MTF是评价TDICCD成像质量的重要参数 ,基于对影响TDICCD成像质量诸多因素的考虑 ,提出TDICCD的MTF检测及评价方法 ,并对这种方法进行了理论分析 ,理论分析与实验结果相吻合。在检测过程中 ,采用局部视场扫描测量方法 ,测量 96级TDICCD的MTF。