TG-2/MAI CCD像元响应特性不一致性的在轨分析及校正（英文）

CCD像元响应特性的差异是制约MAI成像质量及其数据定量化应用的主要因素之一。为了提高MAI数据质量,本文基于全量程多段分析与校正法,利用2016年9月至2018年3月期间共104403帧观测数据,分别对MAI偏振通道和非偏振通道的像元响应特性的不一致性开展了在轨分析与校正,并利用GOME-2和MODIS数据产品对校正结果进行了验证。首先,假定观测样本足够多,即每个CCD像元观测的样本具有相同的遍历性,则各CCD像元对应的所有样本的平均DN值可以代表CCD各像元的响应特性;其次,利用104 403帧观测数据构建各个通道的参考图像,并利用MAI中心5×5像元给出各参考图像对应的标准DN值;在此基础上分别对MAI偏振通道和非偏振通道开展了像元响应特性的分析,结果表明, MAI各通道均存在CCD像元响应特性不一致的问题,各通道的不一致性大约在4%～10%之间,对偏振通道而言,同一偏振波段的三个偏振通道之间像元响应特性的不一致性有一定的相似性,像元响应特性不一致性的差异基本在1%以内。然后,将MAI近两年的观测数据分为前后两个时间段进行对比分析。结果表明:前后两个时间段偏振通道和非偏振通道的图像均具有很好的一致性,即CCD像元响应特性未随时间发生显著变化,这也进一步验证了前面MAI数据量充足的假定。因此,可以利用全量程多段校正法逐通道逐像元开展CCD像元响应特性不一致性的校正。基于该方法校正后, MAI图像质量得到显著改善,图像四周响应偏低的区域明显改善,基本和周围像元的响应达到了同一水平;图像更加平滑,颗粒感基本消除;部分区域的场景发生了变化,特别是碎云等反射率介于中低反射率之间的目标。基于GOME-2的交叉对比结果表明,MAI 565, 670和763 nm波段反射率与GOME-2的参考反射率之间的平均绝对偏差分别由校正前的1.6%, 4.2%和2.2%减小至校正后的0.5%, 2.6%和0.4%;此外,基于多通道云识别方法开展的云检测表明,校正后的MAI云检测结果与MODIS云检测产品一致性更好。因此,全量程多段校正方法可以有效解决MAI CCD像元响应特性的不一致性,显著提高MAI在轨观测的质量,且该方法也可以应用于其他CCD仪器的在轨校正。     

星载微光成像仪CCD像元异常响应动态检测与校正

地球的夜间微光信号强度是白天反射的可见光强度的百万分之一,星载微光CCD成像载荷像元响应特性的微小变化将显著影响成像质量。针对CCD推扫式载荷在轨响应特性的分析表明,异常响应导致微光图像中出现多条强弱不一的沿轨亮线,且具有数量时变性、位置随机性和响应非线性的特征。针对异常响应校正中无统一参考目标以及像元响应差异的非线性问题,提出了一种空间域松弛匹配而辐射域严格映射的修正方法。通过计算沿轨方向像元辐射均值的相对偏差,利用直方图分析确定亮线检测阈值并实现自动检测。在此基础上,针对每一条亮线采取先建立参考辐射值、后排序映射的方法实现亮线校正。为验证算法效果,分别选取包含海表、沙漠、湖冰、大雾和冰川等5种典型均匀场景的微光观测数据进行测试。测试结果表明,校正处理后图像中亮线基本消失,整体非均匀性相对改进44%、强亮线非均匀性相对改进60%,典型暗背景图像的信噪比由2提升至4.2。该方法具有逐像元实时检测与校正的特点,适用于无星上定标装置的推扫式CCD光学遥感卫星业务化辐射校正处理。     

TDI CCD像元响应不一致性校正算法

线阵TDI CCD遥感相机的不一致性校正对获取高质量的图像来说具有重要意义。主要对TDI CCD像元响应不一致性的校正算法及其硬件实现进行了深入的研究。对CCD的噪声特性进行了详细的分析,给出了像元响应不一致性(PRNU:Pixel-response non-uniformity)的退化模型及校正算法,并对其计算精度进行了分析,在硬件电路上对校正算法进行了验证,详细分析了影响校正效果的各种因素。实测结果表明,校正后图像的信噪比得到显著提高。     

X射线图像增强器像元响应不一致性的分析及校正

X射线图像增强器像元响应不一致性是评定图像质量的重要指标,它将影响设备的探测能力和分类级别,因而很有必要对不一致性的进行校正。通过对不一致性产生机理的理论分析,建立了图像增强器的每个像元通道光电响应的对数曲线模型。基于该模型,提出了一种改进的两点校正算法。该算法首先将非线性响应转化为线性响应,然后用基于最小二乘的多点校正算法对线性数据进行校正。校正前后的图像及标准差给出了对比,实验结果表明了该校正方法的有效性。     

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。     

γ光闪烁体阵列的非均匀响应相对校正方法

 闪烁体阵列常用于辐射图像探测,基于闪烁体阵列存在严重的响应非均匀性,提出了相对校正方法,在无需知道光源参数、CCD相机参数及光学系统参数的前提下,利用本底图像、空场图像和被测样品辐射图像,得到被测物体对γ光的衰减分布。并进行了验证实验,结果表明：此方法不但可以消除响应的非均性的影响,而且可以消除辐射源固有分布的影响。     

γ光闪烁体阵列的非均匀响应相对校正方法北大核心

闪烁体阵列常用于辐射图像探测,基于闪烁体阵列存在严重的响应非均匀性,提出了相对校正方法,在无需知道光源参数、CCD相机参数及光学系统参数的前提下,利用本底图像、空场图像和被测样品辐射图像,得到被测物体对γ光的衰减分布。并进行了验证实验,结果表明:此方法不但可以消除响应的非均性的影响,而且可以消除辐射源固有分布的影响。     

基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量通过将像元的输出与其理想校正结果之间的偏差用焦平面响应的平均值建立联系而计算得到.提出的校正比例兼顾考虑了焦平面响应的时间与空间特性,比现有的图像非均匀性评估方法更能合理衡量焦平面的非均匀性程度.多种非均匀性校正的评价数据以及实验结果表明,该算法的校正效果优于两点校正法与原值拟合二阶校正法,并对于响应异常的像元具有较强的校正能力.此外其校正准确度高,所需参量少,易于实时处理,具有较强的实用价值.     

基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量...     

干涉成像光谱仪CCD象元响应非均匀性校正技术

通过对星载可见光干涉成像光谱仪CCD象元响应非均匀性校正的相对辐射定标原理及所获定标数据的深入分析,研究出了一种适于对可见光及红外干涉成像光谱仪系统CCD象元响应非均匀性进行校正的方法,给出了探测器非均匀性大小对干涉图校正及光谱复原精度影响的定量关系,有效解决了干涉成像光谱仪系统探测器阵列非均匀性校正这一工程技术难题。在此基础上,提出了一种在仪器组装完成之后再进行定标及非均匀性校正的改进新方案,该方法省时省力省资金,不仅可以校正CCD本身的非均匀性,而且可校正干涉成像光谱仪系统其他原因引起的非均匀性,且定标数据也能根据系统工作环境变化而重新标定,能更有效地提高整个光谱仪系统非均匀性的校正精度。     

基于场景坏点检测的面阵CCD暗电流估计方法

利用CCD中的部分坏点作为温度敏感器,提取CCD温度估计值,建立温度估计值与暗电流的函数模型,并结合均值滤波的方法,在真实场景图像中提取CCD温度估计值,实现了面阵CCD的暗电流估计。在方法分析的基础上,以真实的暗电流数据为基准参考,对暗电流的估计结果进行了比对实验。实验结果表明,在不同的积分时间及大动态范围的成像条件下暗电流的估计结果十分准确,偏差小于0.4%,并且具有一定的抗噪性。该方法利用场景本身的特征信息对拍摄时刻的暗电流进行估计,不需要额外采集暗电流数据,节省了图像采集时间,十分适合于积分时间较长的高光谱成像或天文观测领域,采用无温度控制的低成本CCD成像探测系统进行实时图像采集。     

光场强度分布测量中CCD噪声的校正北大核心CSCD

为了有效抑制CCD测量噪声带给激光对比度分布测量的影响,基于对比度测量模型,利用CCD测量噪声的先验知识及其输出观测值,给出了CCD噪声的校正方法。与现有计算方法的比较表明,该方法可以有效抑制CCD测量噪声带给测量的影响,其扩展不确定度从0.6%降低至0.3%,降低了测量不确定度,提高了测量的置信度。     

Rod-pinch 二极管理论及数值模拟

介绍了Rod-pinch二极管的基本结构和工作原理，采用Laminar模型分析了Rod-pinch二极管中的粒子运动过程及其阻抗特性。考虑背景空间离子电荷的影响，用1维Laminar方程分析Rod-pinch二极管中电子的自箍缩过程，并且利用Magic程序对其中的粒子运动进行数值模拟，求解二极管中的电压和电流，最终得出二极管的阻抗特性，在较低电压下，负极性RPD的性能明显不如正极性RPD。根据临界电流经验公式，初步验证Laminar理论模型的可行性。     

相机用超高动态CCD特性分析及应用

比较介绍了相机用传统CCD和超级CCD SR的原理, 该超级CCD SR由面积较大、感光度高的“S像素”和为拓宽动态范围而特设的小面积“R像素”组成。实验以基于超级CCD SR的富士F100fd为信号采集器件, 对圆孔的夫琅禾费衍射图像进行采集, 最终的图像能够保证暗处正常表现的情况下噪声控制理想, 同时高亮度的部分没有溢出。实验数据表明, 与普通CCD相比动态范围可拓宽到约4倍, 验证了器件设计的合理性和有效性。     

基于CCD测量激光光束质量M~2

设计并搭建了一套基于CCD测量激光光束质量M2的系统。采用CCD测量激光光束在不同位置处的光束直径,通过非线性最小二乘法拟合测量数据获得光束腰斑直径和远场发散角,再通过公式计算得到激光光束质量M~2。利用本系统测量多组数据,并与专业M~2仪所测的数据进行对比,二者一致性较好,表明采用本实验装置测量激光光束质量M~2可以有效地替代M~2仪。     

CCD与CMOS像素传感器γ射线电离辐射响应特性对比研究

为了研究CCD与CMOS像素传感器对γ射线电离辐射的响应差异,对比研究了4类像素传感器的结构特点和辐射响应特性。通过辐射实验,对各传感器在不同辐射水平条件下的光子响应事件分布、平均灰度值以及典型光子响应事件进行研究。研究结果表明：光子响应程度均与辐射剂量率相关;CCD像素传感器的沟道传输方式使每列像元间的辐射响应更容易相互干扰;平均灰度值随剂量率的增大存在明显的梯度,各积分周期内输出信号灰度值围绕均值上下波动,CCD像素传感器输出信号灰度浮动范围较小;CMOS像素传感器各像元对光子的响应更加明显,CCD像素传感器各像元的响应信号易与相邻像元发生串扰;各类像素传感器典型辐射响应事件区域中发生光子响应的像元数量随剂量率的增大而增多,响应事件并非单个光子的行为,而是反映了多个光子在区域内同时沉积能量的过程。本研究为开发像素传感器的γ射线辐射探测技术和应用提供了重要的理论分析和实验数据支撑。     

空间相机CCD像面拼接重叠像元数分析与计算

针对一类具有分段仿射形式的混杂系统模型的控制方法问题,提出了一种高效显式模型预测控制算法。该算法通过将最优控制问题转化为多参数规划问题,离线求得具有分段仿射形式的显式控制器;在线过程,应用一种新的搜索算法,它能够快速准确的对系统状态点进行定位,确定其所属的控制器分区,再根据该分区所对应的子控制率,进行简单的线性运算,即可得到系统的输入。该控制方法避免了反复的在线优化计算,大大减少了计算量,并且,在线计算的速度更快,控制的实时性更好。将该算法应用到具有典型混杂特性的两容水箱系统中,仿真结果表明：水箱的液位从初始液位能够快速平稳的达到期望的液位,且与其它的控制算法相比较,该算法更加高效。     

CCD工作信号的噪声分析与处理

对CCD自身噪声以及工作过程中的各种噪声干扰进行了分析,并对相关双采样法和相关四采样法两种主要噪声处理方法的基本原理进行了详细介绍,对各自工作时序、性能特点和适合的工作领域进行了仔细研究和探讨。     

HL-2A先进二维硬X射线成像CCD系统设计

为HL-2A装置设计了一种二维硬X射线成像CCD系统,用它能直接测量硬X射线辐射强度的二维时空分布I(z,y,t),并能得到电子速率分布fe(v,r,t)。为获得二级加热和无感电流驱动如ECH／ECCD,LHH／LHCD,ICRH／ICCD,NBIH／NBICD的效果、波可近性、共振层位置、能量沉积范围等方面的实验研究提供重要诊断手段;也可用于内破裂、大破裂、MHD,特别是q=2附近高模的MHD行为、热电子和超热电子的输运、被捕获的高能粒子图像以及与模式波(如m=1,n=1)共振引起的鱼骨模不稳定性、辅助加料引起和诱发逃逸电子雪崩现象的实验观察与研究。     

用基于DSP的线阵CCD实现二维图像信号采集的系统设计

对光电转换系统，尤其是采集信号的后处理进行了研究。介绍了在光电精密数据采集处理中通过DSP用硬件实现对CCD信号的采集和处理过程。给出了对CCD信号进行边缘识别的微分算法和将线阵CCD信号进行组合，恢复出二维图像信号的算法。同时还给出了详细的硬件处理电路。重点介绍了DSP与FIFO的数据传输、DSP与USB的接口电路。解决了一般情况下系统无法做到的用线阵CCD实现二维图像信号复原的问题。通过实验，证明了该方法的有效性。线阵CCD信号是以若干线段的形式存在的，特别适用于激光雕刻机图像采集系统，应用前景广阔。