空间交会对接CCD光学成像敏感器光学特性

以辐射度量为标准,建立了CCD像机探测合作目标光功率模型以及功率方程,得到了所需合作目标光功率与CCD像机参数的制约关系,分析了CCD像机探测到光点所占像元数与传输距离之间的关系。用超焦距方法解决了CCD像机对有限远距离范围内工作时的成像清晰度问题,采用了像方远心光路设计解决了系统测量精度问题。研究了太阳光进入CCD像机视场和照射对接口反射后对CCD像机产生的影响。     

先进的CCD线成象器件

本文介绍了美国仙童相机和仪器公司制造的新型高速线成像器件CCD 133和143的设计和工作原理。CCD133和143各包括1024和2048个光敏元,光敏元中心间距皆为13微米。和第一代器件CCD121和131比较,第二代器件CCD133和143的整个性能都有提高,具有更高的灵敏度,较低的暗信号,并增强了兰色光谱的响应。由于器件将时钟脉冲驱动电路组合在一起,因此它们在工作时仅需要二个外部时钟脉冲信号。CCD133和143已经达到高达20兆赫数据率的优良性能指标。这二个器件是为包括高速传真、光学特征识别在内的页面扫描应用,以及为要求高分辨率、高灵敏度和高速的其他成象系统的应用而设计的。     

动态情况下星敏感器探测灵敏度研究

针对同样曝光时间下星敏感器动态探测灵敏度较静态低的事实,根据像元输出模型和从噪声中检测信号的理论,提出含有有效信号的像元能否被探测到的信噪差比判据．论证了把w-1m像元可探测性作为星像轨迹被提取的奈件的合理性,基于此研究了动态探测灵敏度的计算方法,并对一实际星敏感器动态探测灵敏度进行各种参数条件下的计算、比较和分析．     

CCD等高仪测定太阳直径的模拟计算及其精度分析

本文根据用光电等高仪测定太阳直径的基本原理,给出了用CCD作探测器测定太阳直径的处理方法,并用模拟方法对不同的seeing值产生了几组太阳曝光的CCD底片。通过对这些CCD底片的数字图象的处理和计算,对太阳直径的测定精度进行了估计和分析。计算分析表明,不论对单像还是双像方案,CCD等高仪都能以好于0."05的精度测定太阳的直径。      

轨道末期星载相机侧摆成像匹配分析与实验

通过分析卫星轨道末期星载TDI CCD相机成像面临的数据读出频率过大、像移失配严重等瓶颈问题, 提出了轨道末期卫星侧摆成像匹配方案. 依据轨道衰减高度, 设计侧摆成像匹配模型, 计算出轨道高度与匹配成像侧摆角度之间的变化关系, 对侧摆成像时的像移速度矢量、偏流角度、成像畸变等进行了定量的可行性分析, 并利用蒙特卡洛方法分析了满足侧摆成像的卫星姿态指向精度和稳定度. 利用基于小型三轴气浮台的小卫星姿态控制系统和TDI CCD相机成像系统进行仿真试验, 结果表明, 仿真图像的MTF函数和互相关相似性测度均在0.85以上, 侧摆成像匹配方案能较好地满足轨道末期成像需求.      

星载TDI CCD相机成像仿真系统的实现

以VC++ 6.0为开发环境, 基于航天TDI (Time Delay and Integration) CCD相机地物点与像点的映射模型, 开发了TDI CCD相机成像仿真软件系统, 建立了由卫星单轴气浮姿态控制仿真台和地面星载TDI CCD相机成像仿真软件系统构成的实时航天TDI CCD相机成像仿真平台, 可动态模拟航天TDI CCD相机在进行标称偏流角调节后卫星姿态角速度误差对航天TDI CCD相机成像的影响, 仿真结果与实际成像结果基本一致.      

CCD光学遥感器参数选择研究

介绍了由衍射受限非相干成像系统的衍射分辨率引出的截止频率及混叠的概念. 为了对采样成像系统获得的图像质量进行量化, 使用图像质量因子(λF/P)表示探测器对光学系统线扩散函数采样的程度. 进一步分析了光学遥感器参数选择与信噪比的关系. 选择实际的焦距9 m, F 数为18 的空间光学系统, 利用ZEMAX 软件的像模拟功能, 对选择8.75 μm 和13 μm 像元尺寸的CCD 所获得的图像进行了模拟仿真. 仿真获得的结果验证了图像质量因子和信噪比对图像分辨率的影响.      

基于高时相探测的运动点目标检测方法

针对可见光探测中低信噪比运动点目标检测问题,提出一种基于高时相探测的运动点目标检测方法,构建了基于双谱分析的目标检测器来提取像元时域特征,对背景像元与目标像元进行区分.仿真分析与实验结果均表明,所提出的方法能够对低信噪比运动点目标进行有效检测,在一定帧频范围内,目标检测能力与采样帧频正相关.相比常用的运动点目标检测方法,本文方法具有更高的检测效能.      

视觉检测中椭圆中心成像畸变误差模型研究

针对在三维视觉检测应用中,空间椭圆的中心经摄像机针孔成像后存在畸变误差的问题进行了研究.基于透视投影变换和空间解析几何理论,建立了在摄像机的像平面上该畸变误差的数学模型,从而为圆孔(椭圆孔)或圆柱(椭圆柱)类工件中心位置的视觉检测、结构光三维视觉检测应用以及视觉检测中的CCD摄像机内部参数标定等问题的解决提供了一个有效的理论依据,具有一定的理论意义和工程应用价值.      

嫦娥一号卫星CCD立体相机月表图像镶嵌

鉴于嫦娥一号CCD相机获取图像的特殊性, 选用投影的方法, 完成了Apollo12, Apollo14和Apollo15登月点区域的月表正视图像镶嵌. 在分析圆柱投影表象的基础上, 推导出了月球割35o Mercator投影公式. 首先读取单轨数据的经纬度和灰度, 进而根据四个角点的经纬度建立空图框, 并根据分辨率、长度比与月球投影理论分别在纵向和横向上进行网格划分, 实现图框的像元化. 通过单轨图像和图框的坐标匹配完成灰度镶嵌, 匹配误差控制在一个像元以内. 对重叠区域的灰度值进行平滑处理, 最终图像还原来完成月表图像的镶嵌. 该方法有普遍适用性, 可以用于其他轨道图像的镶嵌.      

一种CCD星图星点快速定位算法

大尺寸CCD星图快速处理是制约天基光学观测器件性能的关键因素之一,在星敏感器、空间监视载荷等研制中具有重要意义.通过对CCD星图图像特点的分析,提出了以最大概率实现背景噪声滤除的星图预处理准则;在此基础上,提出了通过两次投影检测实现星点位置测量的算法.与传统方法相比,该算法实现简单,节约了计算量和存储量.对分辨率为2048×2048的CCD实拍星图的实验研究表明了该算法的有效性.      

线阵CCD平场校正及FPGA实现的研究

为了消除由于照明光源的非均匀性、镜头渐晕及CCD传感器噪声对图像质量造成的不良影响,首先从理论上分析了线阵CCD固定模式噪声和像素光电响应非均匀性的数学模型和产生的原因;对像素光电响应非均匀性这一主要影响因素,根据其光电响应模型提出了CCD像素光电响应非均匀性的两点校正方法,即求解出各个像素光电响应不均匀性的校正因子和暗偏置量系数,进而用以计算各个像素的校正量,实现逐点校正;针对校正算法大数据量、实时计算的要求,设计了基于现场可编程逻辑门阵列FPGA快速实现校正算法的硬件处理结构。最后,通过仿真和实验表明,两点校正方法可以有效地减小CCD像素光电响应不均匀性的图像噪声,提高图像质量,以便做后续精确处理。     

嫦娥一号CCD立体相机数据光度校正

为更加精确拟合相函数系数, 得到较为准确的光度校正结果, 针对嫦娥一号CCD立体相机数据的特点, 对改进的Lommel-Seeliger模型中的Lommel-Seeliger因子进行修订, 使去除太阳入射角和传感器观测角影响的遥感图像数据能够更好地契合相位角的变化; 利用加入修订后Lommel-Seeliger因子的模型对嫦娥一号CCD立体相机数据进行逐像素光度校正; 选取同一轨道不同纬度和同一区域不同视角两组数据来验证算法的有效性和适用性. 实验结果表明, 该方法能够有效校正由于几何观测条件变化而引起的目标光谱特性的不一致性, 对于较亮和较暗区域的光度校正效果更为有效.      

CCD温度对星敏感器星点定位精度的影响

CCD噪声是影响星敏感器星点定位精度的误差源之一,以DV437-BU2型CCD为例,对CCD的暗电流、暗电流散粒噪声、暗电流不均匀噪声等的温度特性进行了实验测量．研究了CCD温度对星敏感器星点定位精度的影响,结果表明：对于DV437-BU2型CCD芯片,当CCD工作温度高于300K时,降温可以显著提高星敏感器星点定位精度,当CCD工作温度低于300K时,降温对星点定位精度的影响不明显;当温度由330K降到300K时,星点定位精度由0．12个像素提高至0．078个像素．     

一种模拟CCD星图的方法

星识别算法在空间飞行器自主姿确定系统中是不可缺少的。同时将ＣＣＤ所拍摄的星图作为算法的输入,无论是软件调试还是地面试验,抑或是对各种算法的评估,也是必不可缺少。     

基于交会对接CCD光学成像敏感器的双目测量算法

在空间交会对接近距离逼近阶段,CCD光学成像敏感器作为相对导航信息获取的主要测量敏感器,其测量性能直接关系到空间交会对接能否成功.针对适用于空间交会对接过程中CCD光学成像敏感器的双目测量算法展开研究,推导了基于主像机坐标系的双目测量算法计算公式,并重点对其抗干扰能力进行研究,最后对该双目测量算法进行了仿真分析并给出了仿真结果.     

基于双量子比特态测量的量子自适应中值滤波

为了进一步增强去噪时对图像细节的保护能力,并同时提高算法实时性,提出了基于双量子比特态测量的量子自适应中值滤波算法,该算法首先将待处理图像像素转化为量子叠加态,然后依据量子测量原理对此叠加态进行量子测量,最后将测量后的坍缩态转化为输出图像.该算法使用双量子比特态来描述单像素,拓展了单量子比特态与单像素的对应关系.双量子比特态的4个叠加基态增加了被描述像素的信息量,可以更精确地对像素进行操作.该算法根据噪声特点设计双量子比特态的概率密度公式,并根据测量坍缩态自适应地调整滤波窗口尺寸.实验证明,该算法与标准中值滤波和经典自适应中值滤波相比,具有更好的综合滤波能力,既可以有效地滤除噪声点,很好地保护图像细节,又具有很好的实时性.     

一种图像缩放算法的SoC协同加速设计方法

针对无人机自主着陆的跑道检测、识别、跟踪等视觉算法中需要对大量图像进行缩放处理以便后续计算,但又对实时性要求比较高的情况,根据输入输出像素点的映射关系提出了一种适用于硬件加速的图像缩放算法,简化算法结构的同时利用现场可编程门阵列进行模块硬件功能的设计对算法加速,并采用软硬件协同的体系结构搭建实时图像处理系统。实验结果表明,该缩放算法处理精度高、耗时少,且用硬件逻辑实现后,可以进一步提速171倍,硬化后的系统可以通过摄像头获取图像数据,实时处理后在显示器中显示,达到30帧/s的处理速度,可以应用于实时性要求较高的图像处理算法中。