InGaAs近红外相机电路设计与实现

随着国外0.9～1.7μm InGaAs近红外相机的迅速发展,目前已被大量应用于工业和军事领域。探讨了InGaAs近红外相机在不同领域的应用,分析了InGaAs材料的优势及探测器选型。结合相应的探测器阵列,从相机偏置电压产生、时序驱动设计与制冷控制等方面给出了InGaAs近红外相机的硬件电路设计方案,解决了研制过程中的部分重难点,并针对后期图像处理进行了仿真验证,达到应用要求。     

InGaAs近红外图像非均匀性处理研究

0．9～1．7μmInGaAs（铟镓砷）近红外相机在现代科技和生活中起着重要作用,具有探测率高、均匀性好等优点,是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择,大量应用于工业和军事领域。InGaAs近红外图像与普通热红外图像有明显的区别,其图像竖条纹现象非常严重。分析InGaAs近红外图像噪声来源及非均匀性的特...     

基于线阵InGaAs光电二极管阵列的光纤光栅传感解调

采用线阵InGaAs光电二极管阵列和体相位光栅并结合空分复用和波分复用技术,对光纤光栅传感进行解调.设计了基于线阵InGaAs光电二极管阵列和体相位光栅的光纤光栅传感解调系统,通过系统测试和性能分析,该解调系统解调带宽42 nm,信噪比30 dB,波长偏移测量精确度±15 pm,功率测量精确度为±0.3 dB.基于线阵InGaAs光电二极管阵列和体相位光栅的光纤光栅解调系统不但尺寸小,功耗低,而且具有较高的解调速度.     

相机阵列在空间目标初轨确定中的应用

将由商业相机组成的相机阵列应用于空间目标的初轨确定。介绍了相机阵列的系统概况,结合相机阵列的技术特点,从空间目标探测能力、定位精度、初轨确定算法改进三方面分析了将相机阵列应用于空间目标初轨确定的可行性,提供了主要流程,进行了实验验证。实验结果初步展示了相机阵列系统在提高极限探测星等和初轨确定精度方面的能力。     

体表血管近红外三维成像系统与识别算法研究

针对体表组织较厚部位的血管识别困难的问题，提出一种用于体表血管提取与三维成像的双目系统与图像处理算法。成像系统设计采用会聚双目近红外增强相机与近红外LED阵列，并基于朗伯特辐射模型优化了LED阵列的辐照分布均匀性。图像处理算法先通过以Frangi滤波为基础的单目图像处理流程提取左图像中血管骨架，再通过改进的滑窗匹配算法结合右图信息计算血管骨架深度。实验分析了该系统在手背、小臂、颈部以及仿体模型上的血管提取效果、立体匹配有效率以及处理速度，验证了该系统在体表组织较厚部位的实用性。     

基于多光谱遥感成像链模型的系统信噪比分析

信噪比(SNR)是评价多光谱遥感成像性能的重要指标,在设计多光谱遥感成像仪的最初阶段应进行分析,从而确定各分系统相关参数。多光谱遥感系统的成像链模型综合考虑辐射源、地物光谱反射、大气辐射传输、光学系统成像、分光元件特性、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节,可用于进行成像过程端对端的完整分析。以基于滤光片阵列的多光谱遥感系统为例,采用MODTRAN软件进行大气辐射传输计算,对不同太阳天顶角下,不同目标地物计算像面的照度,根据电荷耦合器件探测器的噪声模型,计算出不同工作条件下多光谱遥感系统的SNR。通过对SNR的分析,可给出该类型多光谱遥感系统获得最佳性能的工作条件,并能够结合使用要求进行光学系统参数的优化选择。     

功率谱在高分辨率遥感相机检调焦中的应用

检调焦是高分辨力遥感相机得到高质量图像的关键技术之一。线阵CCD遥感相机在推扫过程中地面景物不断变化,而一般的图像清晰度评价函数只能在相同的图像内容下作比较来判断系统是否合焦。在介绍了遥感相机离焦原因及常用检调焦方法的基础上,用遥感图像验证了图像的功率谱对自然景物具有一定的不变性,分析了将其用于相机检调焦的可行性。实验表明,在系统合焦时,不同图像的功率谱值基本相同;而系统离焦时,功率谱值随着离焦程度的增加而逐渐减小,以此提出了以两幅不同图像功率谱的比值作为CCD遥感相机调焦的评价函数。     

阵列相机光照度特性检测方法研究

针对阵列相机的定标检测需求,研制一套多光源阵列相机辐射定标装置,通过对积分球衰减效率的理论计算和系统光能量衰减曲线的实际测试,可得到系统的光学传递曲线,加上宽量程测量装置实现对系统的光强变化实时测量,并运用多种光源结合衰减片轮组,达到宽动态范围为1.728×10^-5～54Lux的测试光源连续输出,分别满足微光阵列相机、强光阵列相机和其他多种阵列相机的多参数检测需求。开展了阵列相机多参数检测实验和标定分析,实验结果表明：装置能长久实现光照度特性实时监测和对多种阵列相机进行相机品质检测,能为阵列相机的运行环境和使用范畴进行判定。     

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。     

一种多相机阵列大尺寸测量系统快速标定方法

多相机阵列中的相机位姿关系标定是大尺寸测量系统中非常重要的一个环节。建立了标定模型,采用圆点阵列平面靶标,通过线性平移,使靶标分别位于不同相机的视野范围内,获得了同一靶标特征点在不同相机坐标系下的坐标;根据所得坐标,求解靶标坐标系与相机坐标系之间的位姿关系;根据靶标的线性平移约束,进而求解两两相机之间的位姿关系。经实验验证,对于安装距离约为2300mm的相机,标定误差小于0.002mm。其标定过程简单、速度快,可以适用工业大尺寸测量中的现场标定。     

低慢小飞行物实时检测原理与实验研究

飞鸟撞击飞机与无人机黑飞是威胁航班起降安全的两大隐患,上述的飞鸟和无人机都属于“低慢小”飞行物。为保卫机场净空区的安全,需要研制具有反低慢小功能的预警系统。对此,设计并实现了一套低慢小飞行物实时检测系统,基于FPGA(field programmable gate array)驱动相机阵列实时采集大视场天空视频,将适于硬件操作的奇偶分流算法与帧间差分算法相结合进行运动目标检测,系统帧率达到17帧/s@1 024×768 pixel,平均检测准确率为99.69%。采用千兆以太网、光纤和交换机将前端跑道视频传输至后端塔台指挥中心,支持3 km远距离传输。相比于传统基于软件串行处理的方式,该系统具有高实时性、低功耗与小体积的优势,适合部署在实际应用场景中。     

基于CCD电极直接驱动控制的双脉冲发光图像高速曝光技术原理研究

电荷耦合器件(CCD)是一类高性能的光电成像器件,具有成像阵列大、图像质量好的特点。但由于正常工作驱动时序复杂,工作帧频一般较低,无法满足较高成像帧频的要求。针对一种双脉冲发光图像的高速高分辨高质量成像要求,根据CCD信号电荷收集及转移的电极驱动特性,选择合适的CCD类型,以电荷转移时序为时间分隔界限,设计了一种电极直接进行控制的时序,实现了两个光脉冲图像的分离积分及信号转移、读出等,完成了双脉冲发光图像的等效高帧频曝光的原理验证,在保持CCD原有高成像质量的情况下获得了μs级间隔的两幅图像可分辨的能力,并实现了一种二分幅相机系统。     

多台线列CCD相机组合交汇目标脱靶量测量

提出一种新的测量方法 ,在两台线列CCD相机不能满足大尺寸光电靶面的测量需要时 ,由多台线列CCD相机组合交汇测量 ,并给出了两种不同的布站方式。在分析了测量精度的数学模型后 ,分别计算了两种布站方式的光电靶面上不同位置点的交汇测量精度。根据精度分析并结合测量条件 ,给出了适合实际测量条件的最优布站方式     

Profile measurement system based on linnik-type interferometric microscope for visible-light region and infrared-light region

A profile measurement system consisting of linnik-type interferometric microscope, light source and cameras is developed based on white-light scanning interferometry extending from the visible-light region to the infrared-light region. Three-dimensional profiles of microstructures are obtained via a phase-stepping algorithm using a CMOS array camera for the visible-light region and an InGaAs CCD array camera for the infrared-light region. Errors of the measurement system along with extensive applications in MEMS device profile reconstruction of top surface, sidewall and internal structures are discussed in detail.     

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.     

基于大面阵CCD的复消色差航空相机物镜设计

为了满足航空相机物镜结构简单及高分辨率的要求,提出了一种基于波差法校正长焦距、宽波段的大面阵CCD航空相机物镜二级光谱的方法.介绍了二级光谱的基本原理,给出了波差法设计复消色差物镜的方程组.采用普通光学材料设计了复消色差航空相机物镜,系统焦距为400 mm,相对孔径为F/4,工作波段为420～850 nm.给出了光学系统图、纵向像差图及调制传递函数图.设计结果表明,采用该方法设计的航空相机物镜在60 lp/mm处各视场传递函数均在0.75以上,满足接收器件有效尺寸为36 mm×48 mm的大面阵CCD成像要求.     

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.     

空间非合作目标自旋速率测量方法与实验

为了实现对失稳、快旋空间非合作目标运动状态的测量,提出一种基于单目相机序列图像的测量方法。根据目标与探测器的投影几何关系,推导和证明了测量方法的可行性。根据空间光照环境的特点,给出一种基于MSER特征的图像处理方法,用于稳定提取目标在图像中的投影角。根据获得的多帧序列投影角值,通过设定合理的多项式拟合模型,计算非合作目标的自旋速率。最后通过在轨图像数据,进一步验证了方法的有效性和测量精度。实验结果表明:对于某60°/s的快旋非合作目标,用1 Hz帧频的单目相机观测150 s,该方法对目标的测量均值为60.07°,测量标准偏差为0.05°/s,实现了稳定可靠、高精度的空间非合作目标运动状态测量。