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.     

CCD中激光光斑的全饱和单侧拖尾现象

利用532 nm连续激光辐照以东芝TCD1200D型线阵CCD为图像传感器的扫描相机进行实验,在相机输出视频中发现了光斑拖尾的现象,拖尾有限长、全饱和并且仅在光斑一侧。分析排除了光分布造成拖尾的可能原因。其单侧、有限长的特点不符合像素溢出或漏光造成的拖尾,而与转移损失造成的拖尾一致。但其全饱和的特点,不符合目前转移损失率的常数模型。针对当前体沟道CCD的内部结构和工作原理,提出了一种转移损失率随电荷量变化的模型,对新发现的全饱和单侧拖尾进行了解释。     

多角度偏振成像仪在轨图像配准及性能评估

高精度的图像配准是保证多角度偏振成像仪在轨数据有效性的关键.介绍了多角度偏振成像仪基于光楔的偏振图像配准方法和基于地球参考网格的多角度、多光谱图像配准方法 .系统地分析了影响多角度偏振成像仪多角度、多光谱图像配准性能的误差,并提出通过相对几何定标提高多角度、多光谱图像配准性能.对比误差校正前后多角度偏振成像仪的多角度、多光谱图像配准性能,证明所提方法有效地提高了多角度、多光谱图像配准精度.多角度偏振成像仪在轨多角度、多光谱和偏振图像配准精度分别优于0.26 pixel、0.14 pixel和0.1 pixel.     

星载多角度偏振成像仪光学系统设计

星载多角度偏振成像仪是一种超广角画幅式低畸变成像的偏振传感器。介绍了多角度偏振成像仪的基本工作原理,从保证偏振测量精度和大视场成像质量要求出发,分析了光学系统的设计难点及光学系统的结构型式,最终采用了反远距型像方远心光路结构。根据光路结构的像差特点,采用非球面镜校正畸变及像散,改善像面照度的均匀性,依据这样的思路,运用光学设计软件对多角度偏振成像仪的光学系统进行了光线追迹和优化,其工作光谱范围为420~930 nm,全视场角为118.74°,焦距为4.833 mm,相对孔径为1:4,并对设计系统进行了像质评价,结果表明,光学系统的传递函数在全视场大于0.5@22.22 lp/mm,最大畸变为0.9669%,像面相对照度均匀性高于97%,经过光学系统的加工制造装调,成像质量满足实际任务要求。     

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。     

适用于推扫式成像光谱仪的CCD拖尾扣除方法

拖尾(smear)现象是面阵CCD器件的固有问题。在推扫式成像光谱仪中,拖尾对成像的作用形式较为特殊,传统的扣除方案已不再适用,急需新的适合这一应用场合的方法。通过建立光谱仪中拖尾现象的数学模型,分析并仿真了常规拖尾扣除方法的失真问题,提出了适合推扫式光谱仪器的新方法。新方法使用已知图像信息估计景物的光谱分布,以此计算光学暗行通道所代表的拖尾信号在每个应用通道中的贡献,进而实现拖尾现象的扣除。遥感图像处理结果的较为理想的LSF表明,新方法效果良好,适用于推扫式成像光谱仪中CCD拖尾现象的扣除。     

面阵CCD信号采集系统的噪声抑制

分析了CCD输出噪声及其一般抑制方法,提出了一种基于面阵CCD信号采集系统的噪声抑制方法。设计了CCD信号采集系统的噪声抑制电路和处理电路,应用于CCD442A型面阵CCD;并使用积分球对采集系统进行辐射定标,计算得到系统的信噪比。仿真和辐射定标实验表明,该面阵CCD信号采集系统具有相关双采样和暗电平校正功能,抑制了CCD输出信号的复位噪声和暗电流噪声;在中等照度条件下,系统信噪比达到40dB。     

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     

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。     

基于相对响应校正的多角度偏振成像仪几何定标精度提升方法

高精度的质心定位是基于单平行光管与分离式二维转台的几何定标方法的关键,但仪器的相对响应差异会影响质心定位精度。因此,提出了一种基于相对响应校正的质心定位精度提升方法,可有效地提升质心定位精度,进而提升几何定标精度。基于多角度偏振成像仪的实验室几何定标实验证明了所提方法的提升效果。提升效果在大视场区域中更为显著,最大几何定标精度约为0.1 pixel。最终,基于所提质心定位精度提升方法在实验室中获得了高精度的多角度偏振成像仪几何模型参数,模型拟合残差优于0.1 pixel。     

大视场偏振成像仪的相对辐射校正研究

设计了基于单像元辐射响应模型的相对辐射校正方法和流程.依据信号还原入射光的反演顺序,分析非均匀性干扰信息,依次对探测器、空间杂散光、起偏度和光学系统相对透过率进行校正.在轨测试期间,设计了基于沙漠场反射率法的多角度观测数据快速检验方法,满足了大视场偏振成像仪的相对辐射性能检测需求.实验数据表明,单点相对辐射响应差异均小...     

多角度偏振成像仪杂散光校正方法研究

多角度偏振成像仪是一种超广角画幅式的偏振成像传感器,杂散光是影响其辐射偏振测量精度的重要因素之一。为了避免杂散光影响高精度定量参数的反演,需要在实验室对其进行专门的分析、测量和校正。根据多角度偏振成像仪的光学系统特点,将影响仪器的杂光分为局部杂光和全局杂光,重点分析了这两种杂光的成因和表现特性,并以此为基础构建了仪器的杂散光模型,提出了通过分区域照明获取杂光系数矩阵并对待校图像进行分块校正的方法。在未饱和及过饱和两种情况下,通过分矩形区域、分视场二维转动扫描成像的方式,建立了目标区辐射量和其他非目标区杂光量的关系,最终获得11×11区域的杂散光系数矩阵。最后根据实测得到的杂散光系数矩阵对图像进行了校正,结果表明,此校正方法可以消除至少90%的杂散光。     

基于LCTF的多光谱面阵CCD相机的辐射定标

基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的多光谱面阵CCD相机是一种新型的多(高)光谱成像系统,它利用液晶的电控双折射效应和偏振光的干涉原理,在面阵CCD上记录任意一个波长的图像信息.由于LCTF和帧转移型面阵CCD工作方式的特殊性,普通的定标方法不能满足遥感应用的精度需求.提出用积分球+标准探测器的定标系统对相机进行性能检测...     

多角度偏振成像仪鬼像校正方法

根据多角度偏振成像仪光学系统特点,分析了仪器的鬼像分布特性,结合光学设计软件CodeV与ZEMAX确定了产生严重鬼像的光学工作面,并对实验测得的鬼像图像进行了标记.在此基础上,利用鬼像畸变与视场的关系,采用多项式拟合的方法得到仪器全视场鬼像位置和形变,并通过实测图像确定了原像和鬼像图像之间的能量衰减比,建立了仪器全视场的鬼像校正模型.最后分别对未饱和及过饱和图像进行了校正,结果表明,此校正方法可以消除至少90%的鬼像杂光.     

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.     

多线阵分焦平面型偏振遥感探测系统的标定

为满足偏振遥感系统对探测精度的要求,采用多线阵分焦平面型偏振探测系统分析了消光比对偏振探测精度的影响,并构建了偏振辐射传递模型。介绍了分焦平面型偏振仪器的结构,结合国内外微型偏振片的加工技术,采用多线阵微型偏振片替代微偏振片马赛克阵列的探测方法分析了金属线栅微偏振片消光比对偏振探测的影响,推导了光学系统及非理想偏振片的偏振传递矩阵,根据偏振辐射传递理论构建了偏振探测系统的校正模型。基于校正模型制定了相应的参数标定方案,为实验室偏振辐射标定提供了理论基础。模拟及实验结果表明,在受限于设备稳定性的情况下,系统探测精度可达到0.5%,满足偏振探测精度要求。     

多角度偏振成像仪探测器非均匀性校正研究

像面非均匀性与镜头、探测器组件、空间杂散光、温漂等多种因素相关,单一方法无法有效区分误差源,需逐一校正,针对偏振成像仪通过积分时间调整的在轨工作模式,研究基于多参量校正补偿的探测器非均匀性校正方法.通过探测器综合测试设备,获取温度、暗电流、曝光时间、光谱响应率等敏感因素数据,经过暗电流、帧转移效应、温度补偿和环境参量的校正,对探测器非均匀性进行多点法校正,消除了像面低频不均衡响应差异和邻域高频差异.实验表明,95%满阱单帧数据像元响应不一致性由1.141%降至0.513%,校正后数据噪声表现为散粒噪声,校正后有良好的动态范围调节能力和线性度,基于多参量的非均匀性校正方法为仪器的定标校正和在轨快速计算提供了数据支撑,为后续偏振遥感仪器提供有效参考.     

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。     

机械快门滤光片式多光谱成像仪相对定标方法研究

大面阵滤光片阵列多光谱成像仪采用了全帧转移大面阵探测器,并利用机械快门保证采集数据时不发生拖尾现象,但由于机械快门开合时间的不稳定性,使多光谱成像仪数据出现区域间的亮度不均匀,而且还会造成彩色图像偏色条带。故提出了一种基于目标辐射一致性的相对辐射定标方法,利用图像重叠部分的辐射特性,计算光谱图像的辐射矫正因子,对拼接图像的非均匀性进行矫正。并利用差分评价矫正效果。最后对多光谱相机采集的外场实验数据进行处理和矫正,结果表明,该方法可以很好的矫正单色拼接图像区域间的非均匀性,并可以消除彩色合成图像中的偏色条带;适用于有重叠部分的图像拼接,并且对于拼接误差不敏感。