线阵CCD全饱和单侧拖尾特性分析

在用532nm连续激光辐照TCD-1200D型线阵CCD的过程中,发现了光斑的全饱和单侧拖尾现象。为了分析这种现象的特性,实验测量了拖尾长度随激光功率、CCD积分时间和CCD驱动频率的关系,发现拖尾长度随着激光功率和积分时间的增加而增加,但在一定范围内与CCD驱动频率无关。通过理论计算和实验数据分析拟合发现,拖尾长度和激光功率密度和积分时间的乘积有关,并根据激光辐照下CCD器件光生电荷量的产生过程,推导出了拖尾长度与CCD势阱光生电荷量的关系,得到了拖尾长度随光生电荷量的变化曲线,为全饱和单侧拖尾现象机理分析提供了数据支持。     

多角度偏振成像仪遥感图像太阳耀斑区的拖尾校正方法

为了有效校正星载偏振相机成像时太阳耀斑区产生的拖尾,以高分五号卫星多角度偏振成像仪为例,结合多角度偏振成像仪在轨成像特点,理论分析了图像获取过程中拖尾产生的机理.建立了光斑区不含饱和像元情况下能够有效对漏光拖尾进行校正的矩阵法与暗行法校正模型,以及光斑区全像元饱和情况下结合矩阵法与暗行法估计光斑区饱和像元强度的遗留拖尾校正模型,该算法充分考虑了强光饱和条件下太阳耀斑区产生的漏光拖尾与遗留拖尾.利用实验室积分球光源成像光斑模拟在轨运行时遥感图像太阳耀斑开展拖尾校正方法可行性验证实验.实验结果表明,该方法不仅能有效去除图像中的拖尾噪声,提高图像质量,而且能够对光斑饱和像元强度进行有效估计.最后,分析多角度偏振成像仪在轨成像图中耀斑区拖尾对其辐亮度测量精度的影响,分析结果表明,拖尾校正前后,灰度方差由202.69×10^6下降至2.32×10^6,平均梯度由5.08×10^-1下降至2.26×10^-1.     

帧转移型面阵CCD相机拖尾评价标准和校正方法

为了有效校正装配帧转移型面阵CCD的星载偏振相机成像时产生的拖尾,开展拖尾程度评价标准和校正方法的研究.基于装配转移型面阵CCD的多角度偏振成像仪工作原理,分析了拖尾的产生机制和暗行法校正模型的特点,建立了多角度偏振成像仪拍摄积分球的拖尾仿真模型.结合仿真模型提出用拖尾区域的灰度标准差和平均梯度作为图像拖尾程度的评价标...     

行间转移型CCD激光干扰效应阈值估算方法

电荷耦合器件(CCD)图像传感应用中,通过非实测手段获取器件的干扰效应阈值非常重要,有时甚至是唯一手段。分析了行间转移型CCD单像素饱和与串扰等典型激光干扰效应的影响因素,研究了垂直拖尾、光晕和串扰3种效应的物理本质间的内在联系与区别,初步证实垂直拖尾系数对串扰效应而言为非敏感参数。提出了基于饱和信号电荷量、像元尺寸、量子效率以及光晕抑制率等器件参数,从现有的效应数据预估相似器件单像素饱和阈值、串扰线饱和阈值的外推方法。对柯达面阵CCD器件的饱和阈值测量与干扰效应实验显示,预估结果与实验值之间的偏差量分别为3%和20%,属于可以接受的范围,表明预估方法切实可行。     

可见光CCD的光致过饱和现象

 报道了可见光CCD的过饱和状态——在强光辐照下,CCD输出图像中的白色饱和区域内出现黑色盲区。介绍了相机成像系统的信号处理过程和CCD的4种基本输出波形,给出了这4种波形的信号在经过相关双采样电路处理之后的结果和对应的CCD的4种基本输出图像效果,即无光照的黑区、弱光照的灰区、光照饱和的白区和强光致过饱和的黑色盲区（即过饱和状态）。过饱和状态CCD的输出信号波形中,复位电平发生改变而与处于饱和的数据电平持平,使该信号在经过相关双采样电路处理后变为零输出,造成CCD输出图像中的白色饱和光斑中间出现黑色盲区。     

CCD强光串扰效应的串扰线缺口现象及其机制

在激光辐照行间转移CCD相机的实验中发现了关于CCD串扰效应的一个新现象,即在串扰线上出现缺口,该缺口紧邻主光斑上侧且随光强增大而减小。基于行间转移面阵CCD的构造和工作过程,利用CCD串扰效应的一种新机制对现象作出了合理的解释。串扰线的形成依赖于在垂直转移动作过程中CCD信号积分势阱中的载流子向垂直转移CCD寄存器中的溢出。串扰线上缺口的出现则是由于CCD的信号积分势阱被读出转移动作清空后再次填满需要经过一定时间,该时间内无信号电荷溢出至转移沟道;读出转移清空存储势阱的时刻是构成主光斑的主体信号电荷按正常时序进入垂直转移CCD寄存器的时刻,故缺口紧邻主光斑的上侧;光强越大,光电子再次填满存储势阱乃至溢出形成串扰线所需要的时间越短,则缺口越小。     

连续激光对3通道CCD相机的饱和干扰效应

为研究宽覆盖多光谱相机的激光干扰效应,利用红、绿、蓝3种波长激光对3通道CCD(3CCD)相机进行饱和干扰实验,测量得到了不同波长对应3CCD相机不同通道的饱和阈值,通过研究3CCD相机的工作原理,对一定波长辐照下3CCD不同通道饱和阈值差别进行分析,并在实验中对比研究了同一功率下,单波长和多波长耦合的饱和干扰效果,实验结果表明,多波长耦合要优于单波长的干扰效果。     

106 μm激光对CCD、CMOS相机饱和干扰效果对比研究

为了对比激光对CCD、CMOS两种图像传感器的干扰效果,利用106 μm高重频激光开展了对CCD、CMOS两种相机的饱和干扰实验研究,分析了两种相机在干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度等与激光入射功率之间的关系。实验结果表明:CMOS相机达到单元像素饱和的激光功率阈值是CCD相机的20倍;要达到相同的干扰有效面积,所需的激光功率CMOS相机要大于CCD相机10倍～100倍;要达到相同的饱和像元数,所需的激光功率CMOS相机比CCD相机约大10倍～60倍。因此,CMOS相机要比CCD相机具有更好的抗106 μm激光干扰能力。     

1.06 μm激光对CCD、CMOS相机饱和干扰效果对比研究

 为了对比激光对CCD、CMOS两种图像传感器的干扰效果,利用1.06 μm高重频激光开展了对CCD、CMOS两种相机的饱和干扰实验研究,分析了两种相机在干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度等与激光入射功率之间的关系。实验结果表明:CMOS相机达到单元像素饱和的激光功率阈值是CCD相机的20倍;要达到相同的干扰有效面积,所需的激光功率CMOS相机要大于CCD相机10倍～100倍;要达到相同的饱和像元数,所需的激光功率CMOS相机比CCD相机约大10倍～60倍。因此,CMOS相机要比CCD相机具有更好的抗1.06 μm激光干扰能力。     

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光(750~970 nm)对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明:强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 kW/cm²,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光(750~970 nm)作用下,到靶功率密度为20.7 kW/cm²,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明:随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。     

Smear correction for frame transfer charge-coupled-device cameras

A simple algorithm is described and demonstrated for the removal of smear from images obtained with a frame transfer CCD camera. The algorithm requires specification of only a single parameter, which is related to the ratio of the single-pixel charge-transfer time of the CCD and the image integration time. The smear parameter is determined experimentally by the requirement that smear-corrected images of a focused laser spot be symmetric.     

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。     

激光光斑有效面积的准确测定

 从激光光斑有效面积的定义出发，采用CCD图像摄取技术，设计了一套激光光斑有效面积测量装置。在4种不同激光光斑能量分布和不同能量密度的情况下，用有效面积测量仪分别进行了实际测试验证。结果表明，该测量装置可以对任何能量非均匀分布的激光光斑的有效面积进行准确测试，有助于提高光学元件激光损伤阈值的测量精度。     

帧转移型数字相机帧转移模糊的复原

帧转移型面阵CCD相机因其诸多优点而得到了广泛的使用 ,但它也存在帧转移模糊的问题。介绍了CCD相机的几种面阵类型及其各自的一些特点 ,重点介绍了帧转移型面阵器件的工作过程 ,分析了面阵CCD器件帧转移模糊形成的原因 ,并提出了解决帧转移模糊的方法。介绍了用该方法消除帧转移模糊的实例 ,验证了方法的有效性     

Effect of charge transfer efficiency on image quality in CCD line scan-based web inspection

Charge transfer efficiency limits the performance of a CCD line scan-based imaging system. Even though the degradation of the image quality due to the inefficiency in the charge transfer is often neglected in practical work it may have considerable effect on the system performance in applications where high resolution and uniform image quality are needed. In this paper the relationship between the charge transfer efficiency and the image quality in paper web inspection and, especially, in streak detection is discussed. A simple method for the estimation of the charge transfer efficiency is proposed. The method is based on the imaging of a square wave test pattern. The degradation of the image quality due to the charge transfer is analysed both theoretically and with practical imaging experiments. The results show clearly the variation in the system performance along the CCD scan. This is emphasised in the case of small and low-contrast surface defects on the web.     

532 nm脉冲激光辐照CCD实验研究

 采用532 nm,10 ns的脉冲激光对面阵CCD进行辐照实验,对每一阶段的实验现象和电路层面的破坏机理进行了深入分析,根据实验现象,把脉冲激光对CCD的硬破坏分为3个阶段：第1阶段在低能量密度激光辐照下,被破坏的CCD局部出现无法恢复的白色盲点,但其它部分仍可正常成像;第2阶段CCD探测器受到激光辐照后,在光斑处的时钟线方向出现白色竖直亮线,亮线处无法正常成像且激光辐照撤去后无法恢复;第3阶段受高能量密度激光辐照后,CCD完全失效,无法恢复成像。针对CCD的饱和及恢复阶段,利用Matlab编码对分辨力靶板的成像数据进行处理,分析了激光辐照CCD对饱和像元数和对比度的影响。结果表明：当CCD受到激光辐照时,饱和像元数迅速增多,图像对比度迅速下降为零,激光脉冲消失后,整个CCD成像亮度下降,饱和像元数迅速下降为零,经过一段时间后CCD又恢复至线性工作状态,激光的能量密度越高,CCD恢复所需的时间就越长。研究还发现：当恢复时间超过0.6 s,CCD出现不可恢复的白色条带,严重影响成像质量。     

星图中基于小波变换的CCD传感器Smear现象消除方法

帧转移型CCD传感器在拍摄星空背景图像时,视场中高亮度恒星会产生Smear现象,从而对目标检测有严重影响.为了消除Smear现象,提出了一种星图中基于小波变换的Smear消除方法.首先根据Smear产生机理及星空图像特性,建立星图Smear问题的模型|然后使用多层二维Haar小波分解,把Smear亮线分离到低频分量及高频垂直分量中分别进行Smear消除处理|最后重构出消除Smear的图像.实验结果表明:该方法能有效去除Smear,最大限度保留图像原有信息,并可增强Smear区域弱小目标信噪比.