双线阵CCD光学拼接与误差分析研究

基于线阵CCD的图像测量技术是当前工程应用中的一个重要领域,针对当前高精度大动态范围测量和标准线阵CCD测量范围及线阵CCD几何结构之间的矛盾,提出了一种高精度大范围的线阵CCD测量拼接方案.利用半反半透镜平面反射原理设计了双线阵CCD高精度拼接的光学拼接系统的光机结构原理,给出了重叠像元的标定原理,对其标定和拼接误差...     

一种高分辨率CCD阵列扫描光学系统

系统采用了一种象元尺寸为7μm的高分辨率线阵CCD做为图象传感器。为了获得大面积成象效果,将两块CCD光学拼接从而得到2×5000元的大视场,对光学系统而言必须满足高分辨率和大视场优质成象。着重介绍了实施方案,讨论了光学设计的难点并用数学建模方法分析和平衡高级象差,得到了对象差平衡方案有指导意义的合成规律,最后,给出了MTF评价象质的计算结果,并与测试值进行比较,结果相符合,研制出了一个实用的光学系统。     

亚象元线阵CCD焦平面的光学拼接

着重阐述了亚象元线阵CCD焦平面的光学拼接的原理、拼接的技术要求和方法,并对误差进行了详细的分析.光学拼接具有结构简单、成本低和使用灵活的优点.     

高速TDI CCD空间相机焦平面设计与实验

时间延迟积分(TDI)CCD焦平面组件是空间相机的重要组成部分,主要完成光电转换,输出模拟CCD视频信号,是影响相机成像质量高低的关键部件之一。现有TDI CCD的像素数量有限,不能满足大视场、宽覆盖的要求,需要对CCD进行拼接。从结构和热控两方面入手针对空间相机高速TDI CCD焦平面组件开展了设计工作,分析了影响拼接精度的因素,针对相机恶劣的发射条件和苛刻的在轨工作温度,设计了特殊的拼接结构来保证TDI CCD拼接精度。开展了动力学环境实验和热真空环境实验来验证拼接结构的可靠性,结果表明:焦平面组件完全能够克服相机力学环境,保证TDI CCD的拼接精度;在热真空实验中,TDI CCD器件在1.5min工作时间内最高温度为30℃,CCD能够正常工作。动力学环境实验和热真空实验后对TDI CCD的拼接精度进行了检测,得到TDI CCD拼接的直线性精度3.5μm,搭接精度4μm,两行TDI CCD平行精度3.5μm,4片TDI CCD共面精度5μm,拼接精度完全满足光学设计要求。外场成像实验得到的清晰图像进一步验证了焦平面组件设计的合理性和可行性,实现了TDI CCD的高精度拼接。     

线阵CCD摄像机及其应用

简要介绍CCD器件的选择原则、摄像机工作参数的确定以及光学成像物镜的选配,并提出应该考虑的主要问题。最后,举例说明CCD摄像机作为光电传感器在非接触精密尺寸检测、定位、表面质量评定等方面的应用。     

航天TDI CCD相机成像拼接快速配准算法设计与分析

为解决卫星灵活机动多模式成像中多片TDI CCD拼接像元失配的问题,提出了一种实现TDI CCD相机成像搭接与错位像元快速拼接配准的匹配算法。通过分析卫星侧摆成像过程焦平面上像移速度矢量变化导致的多片TDI CCD拼接成像像元失配现象,设计了成像速度矢量光线追迹与齐次坐标变换方法,计算了侧摆成像过程中影响图像失配的偏流角、像移速度矢量和两片TDI CCD拼接纵向错位方向和横向搭接方向的像元数目。利用小卫星姿态控制系统半物理仿真平台和TDI CCD原理样机系统对两片TDI CCD拼接像元匹配算法进行实验验证。结果表明:视场角为10°的TDI CCD相机在卫星侧摆30°成像时,经过1个拼接周期后,两片TDI CCD拼接纵向错位和横向搭接像元数目由初始的148.5和50变为137和49,其中横向搭接像元数目与理论计算结果仅有0.1pixel的偏差,纵向错位像元数目与理论计算结果基本一致。经实验和理论对比分析,所设计的纵向错位与横向搭接像元快速拼接配准算法能够解决TDI CCD图像拼接的准确性,确保图像像元匹配进而获得高质量的图片。     

一种提高双CCD图像拼接精度的方法

利用一对光楔间距变化时,通过它的成像光束的像点会产生微小偏移这一特性,在双CCD图像拼接探测器中增加了光楔调整机构,该光楔调整机构包含两对光楔,一对光楔用于CCD水平方向的图像调整;另一对用于垂直方向的图像调整。通过设计、制作,光楔调整机构最终应用于双CCD图像拼接探测器的装调。装调过程显示:加装光楔调整机构对原有光学系统没有任何影响,可以实现精度高于0.001 mm的图像移动量,有效降低了双CCD图像拼接探测器的装调难度,提高了拼接图像质量,降低了生产成本。     

大视场多CCD拼接相机标定方法研究

介绍了一种多CCD拼接弹道相机的标定方法和步骤,以及标定系统的原理及组成。对相机的光学畸变和大视场拼接物像几何投影关系进行了分析,建立了相机数学模型,并采用最小二乘多元回归分析方法,通过测量相机的内方位元素计算畸变系数,确定了最佳条件下相机数学模型中的各个参数。实验表明利用该方法标定出相机精度方位角测角误差小于10″,高低角测角误差小于15″。     

摄像CCD

本文对用作成象传感器的电荷耦合器件(CCD)首先进行了一般性技术介绍。概括了大量的最新文献,涉及到许多物理学特性和电路技术。同时较全面地介绍了主要厂家的产品。对于CCD图象传感器的目前的应用和潜在应用也作了叙述。     

超高感度CCD摄像传感器的特性分析

介绍了超高感度 CCD(EXview HAD CCD)摄像传感器的概念、结构特点和性能特征。比较了常规的基底为 Nsub、Psub的 CCD传感器和超高动态 CCD传感器各自的灵敏度、饱和信号和暗电流 ,给出了量子转化效率与光波长的关系曲线。结果表明 :超高感度 CCD摄像传感器在减小拖影方面具有突出的优点。     

Optical characterization methods for solid-state image sensors

The accurate measurement of the optoelectronic properties of imaging sensors is of utmost importance for their appropriate use in various modern application fields, such as in metrology, quality control, environmental monitoring, medicine or for automotive applications. Key sensor parameters include spatial resolution, uniformity, sensitivity, linearity, signal to noise ratio and dynamic range. Today high-end optical systems mostly rely on charge coupled device (CCD) image sensors. Continuous progresses in CMOS submicron technology and the advent of ‘active pixel sensor’ (APS) imagers have however led to a wealth of novel line and area array imaging devices with added functionalities (eg. on-chip control and read-out electronics) or performance optimized for specific tasks (eg. a dynamic range in excess of 120 dB). The optimal use of CMOS image sensing technology nevertheless depends strongly on the absolute and accurate optoelectronic characterization of these devices. Modern measurement techniques for a reliable, traceable, precise and absolute measurement of the most relevant parameters of CCD and CMOS imaging sensors are described and discussed in the present paper, with examples based on recent state-of-the art CMOS imagers.     

基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法研究

针对传统光学成像测量方法对高速运动目标成像帧频低、像质模糊,难以满足对目标形变高精度测量的缺点,提出一种基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法。该方法利用线阵CCD高分辨率、高帧频等优势,通过提取线阵CCD输出目标强度——像素曲线斜率变化率最大点来获取目标所占像素数N的像素数提取方法,同时采用DMD模拟高速运动目标形变过程,配合基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法进行形变测量实验验证。实验结果显示采用该方法对V=450 km/h的高速运动目标进行形变量测量时,可以满足目标形变测量偏差小于0.3 mm,标准差小于0.5 mm,相对误差最低0.01%。实现了高速运动目标形变量的准确测量,为高速磨损测试、高温形变测试、高压形态测试等奠定了基础。     

CCD位移传感器结构参量计算方法

推导了CCD位移传感器的计算公式,给出了一种位移传感器结构参量的数值逼近计算方法,实验结果表明,利用该方法确定CCD位移传感器的结构参量,可提高测量精度.     

高精度数字图像相关测量系统及其技术研究

研制双CCD长距显微数字图像相关测量系统,它融合光电子、数字图像相关方法和散斑技术于一体,具有非接触式、高精度、宽量程、准实时、测试方法简便等优点,它可用于材料力学性能(特别是柔性高分子材料力学性能)测量、低膨胀系数新型材料线胀系数等的测量。若将其用于应变测量,灵敏度优于1με,而传统数字图像相关方法测量应变的理论灵敏度为20με。利用列阵光学元件解决了0.05 mm高衬比度微小标记的方便设置;提出消除了数字图像灰度噪声的时间平均法,使相关测量精度稳定地达到0.01 pixel。还给出金属材料拉应变的测量结果,实验结果与经典理论值相当接近。此外,还阐述数字图像相关测量技术是一种超光学系统衍射极限分辨力的测量技术。     

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

 基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统,具有时间响应快、分辨率高等特点,可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数（包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸）对电子束能量测量精度的影响,并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点,阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响,指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响,需要在数据处理时考虑修正。     

基于半像素错位的多幅图像重建高分辨率图像技术研究

介绍了一种基于半像素错位的多幅图像重建高分辨率图像技术。分析了半像素错位的多幅图像与高分辨率图像各像素灰度值的对应关系 ,并从CCD数字化采样的角度进行了论证。同时 ,结合实际摄像机CCD结构 ,求出了高分辨率图像重建的计算公式 ,并通过实验进行了验证和完善。重建的本质是以原高分辨率图像的 4邻域平均图像为基础 ,增加一定比例的边缘细节信息 ,去接近原高分辨率图像。CCD的动态范围越大 ,图像的灰度级越多 ,那么计算误差就越小 ,图像的边缘细节信息就可以利用更多 ,重建的图像就越接近原高分辨率图像。通过实验和分析表明 ,利用半像素错位的多幅低分辨率图像重建高分辨率图像的原理是正确的 ,方案是可行的     

扫描镜稳定度对TDI CCD测量精度的影响

利用TDI CCD成像数值仿真模型,研究了TDI CCD测量系统的测角精度随扫描镜速度稳定度的变化规律。首先根据TDI CCD推扫成像的物理过程,建立了数值仿真模型,设计了从光学像和扫描镜稳定度到数字图像的仿真链路;然后利用图像重心计算方法求取图像中心坐标并得到目标点的角位置坐标;通过蒙特卡诺法进行海量打靶试验,对结果进行统计得到扫描镜各稳定度水平上的测量精度值;最后将某工程样机的扫描镜速度稳定度带入仿真模型,仿真结果表明：测试误差增大5.67 μrad,达到了像元角分辨率的1/4。在光学测量系统的系统设计时,需要考虑像元分辨率及扫描镜稳定度的综合影响,选用合适的扫描镜稳定度要求,使测量角分辨率满足用户需求。     

Single pixel imaging based on semi-continuous wavelet transform

Single pixel imaging is a novel imaging technique, and it becomes a focus of research in recent years due to its advantages such as high lateral resolution and high robustness to noise. Imaging speed is one of the critical shortcomings, which limits the further development and applications of this technique. In this paper, we focus on the issues of imaging efficiency of a single pixel imaging system. We propose semi-continuous wavelet transform(SCWT) protocol and introduce the protocol into the single pixel imaging system. The proposed protocol is something between continuous wavelet transform and discrete wavelet transform, which allows the usage of those smooth(usually non-orthogonal, and they have advantages in representing smooth signals compressively, which can improve the imaging speed of single pixel imaging) wavelets and with limited numbers of measurements. The proposed imaging scheme is studied, and verified by simulations and experiments. Furthermore, a comparison between our proposed scheme and existing imaging schemes are given. According to the results, the proposed SCWT scheme is proved to be effective in reconstructing a image compressively.     

一种超宽视场光学系统的畸变测量方法及畸变校正

超宽视场光学系统的畸变直接影响着成像的几何位置精度,且误差随视场的加大而陡升。对精密测量及复制等工作造成很大影响。提出了一种基于面阵CCD和PC机的畸变测量方法,以面阵CCD光敏元的几何位置作为目标板,通过相关图像处理进行尺寸测量,避免了人为因素的影响,并且可以多人同时观测,结果可以以图片形式保存以备以后查验,且为畸变的校正提供了原始数据。采用数据拟合的畸变校正方法,可以获得较高的精度。