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。     

一种改进的多点融合非均匀校正技术

针对空间宽幅相机在进行非均匀性校正过程中相机镜头与积分球输出口的相对位置发生变换后非均匀性校正精度下降的原因进行了分析,提出了一种改进的融合多点位置的非均匀校正新方法,即为了消除积分球的角均匀性和面均匀性的不足,采用获取多个位置的大量定标图像,融合求取平均值的方法得到校正系数来削弱这种影响,并进行试验验证分析。结果表明,多点融合的校正方法在积分球输出口光强不均匀、又无法固定相机与积分球相对位置的前提下,减少了积分球光强的不均匀性对系数可靠性的影响,相对辐射定标的非均匀校正精度得到大幅提高。     

空间调制光谱成像仪相对辐射校正方法研究

空间调制干涉光谱成像仪不同于其他类型光谱成像仪,其得到的是包含地物空间信息和光谱信息的立方体干涉数据。该光谱成像仪由于原理特殊,在轨数据定标方法尚不成熟。文中介绍了一种基于统计思想来计算探测器CCD辐射模型的在轨相对辐射校正方法,并通过对"环境一号"A卫星上测得的实际在轨数据进行相应的处理,来验证该相对辐射校正处理效果。结果表明该方法可以达到修正CCD响应不均匀性、光场不均匀性和减小非线性相位偏移的双重作用,提高复原光谱的精度。     

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.      

放大了1000倍的电荷耦合器(CCD)

正电荷耦合器(CCD)俗称图像传感器,是一种半导体器件,能够把光学影像转化为电信号。CCD上有许多排列整齐的光电二极管,能感应光线,并将光信号转变成电信号,经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。CCD上植入的微小光敏物质被称作像素。一块CCD上包含的像素越多,其提供的画面分辨率也就越高。     

一种多帧相关滤波的星敏感器像素非均匀性误差校正方法

为了进一步提升星敏感器的星点定位精度,分析星敏感器的像素误差来源和形成机理,提出一种多帧相关滤波的像素非均匀性误差校正方法.根据星图中星点的位置确定质心定位域和局部校正域,利用当前帧星图信息和前一帧的局部校正域信息预测当前帧的校正域,满足校正条件后采用差分法校正质心定位域.实验结果表明,本文方法能够较好地预测星图的非均匀性噪声,提升星点定位精度,具有较好的鲁棒性.     

CCD摄像机图像处理仿真

针对CCD(Charge Coupled Device)摄像机的图像处理过程,提出一种基于可编程GPU(Graphic Processing Unit)的摄像机仿真方法,利用GPU的流处理模式和并行计算能力,对图像的每个像素进行Gamma校正、亮度调节、对比度调节、色温偏差调节,以及色彩饱和处理.分析了Gamma校正的原理以及在其他调节之前进行Gamma校正的必要性.讨论了图像亮度与像素颜色的关系,提出针对当前时刻的拍摄图像提取亮度信号的方法,规定了亮度等级的划分,并将亮度等级作为图像处理的依据.提出了在低照度情况下模拟动态噪点的方法.结果表明:该方法可以模拟真实CCD摄像机在复杂光照环境下的拍摄效果,并保证实时仿真的高速与高效性.     

CCD像元灵敏度非均匀性及处理方法研究

研究了CCD像元灵敏度非均匀性产生的原理和给CCD应用带来的问题。采用改进的归一化算法对CCD像元灵敏度进行修正,解决了CCD图像传感器由于加工工艺造成的各像元光电灵敏度具有差异的问题。该方法有效的减小了CCD的原始误差,对提高CCD测量准确度具有重要意义。     

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．     

电离辐照诱发面阵电荷耦合器暗信号增大试验

针对电荷耦合器件(CCD)在空间轨道环境中应用时易受到辐射损伤的影响,对面阵CCD的电离辐照损伤效应问题进行了试验研究.首先,通过开展面阵CCD60 Co γ射线电离辐照效应试验,在暗场条件下测试了面阵CCD辐照后输出信号随积分时间的变化,并拟合计算出暗信号斜率.然后,对比分析了不同偏置条件下辐照后暗信号退化的试验规律;分析了不同偏置条件下辐照后暗信号的退火恢复情况;分析了不同积分时间、不同总剂量下的暗信号不均匀性的变化规律.最后,阐述了电离辐照损伤诱发面阵CCD暗信号增大的物理机制.结果表明:面阵CCD对电离辐照损伤很敏感,在进行航天器成像系统设计时,要充分考虑CCD受电离辐照损伤带来的影响.     

基于单站CCD漂移扫描光电设备的同步轨道目标测定轨

地基光电观测在同步轨道目标监测领域具有重要作用.为评估单站光电设备对同步轨道目标的实际测定轨能力,利用上海天文台佘山站1.56m望远镜,采用CCD漂移扫描光电技术,对3颗北斗同步卫星开展试验观测,基于卫星精密星历评估目标的测定轨外符精度.结果表明:同步轨道目标的天文定位在方位和俯仰方向上的外符精度均好于0.3";在单圈次观测情况下,尽管轨道预报精度较低,约为数千米量级,但是观测弧段内定轨精度可优于百米;在多圈次观测情况下,轨道改进效果显著,定轨精度优于50m,外推至4d的轨道预报精度为百米量级.此外,定量评估了每晚不同观测时间跨度下同步轨道目标的测定轨精度,为单站光电设备实际应用提供了参考.      

Application of CCD drift-scan photoelectric technique on monitoring GEO satellites

Geosynchronous Earth Orbit (GEO) satellites are widely used because of their unique characteristics of high-orbit and remaining permanently in the same area of the sky. Precise monitoring of GEO satellites can provide a key reference for the judgment of satellite operation status, the capture and identification of targets, and the analysis of collision warning. The observation using ground-based optical telescopes plays an important role in the field of monitoring GEO targets. Different from distant celestial bodies, there is a relative movement between the GEO target and the background reference stars, which makes the conventional observation method limited for long focal length telescopes. CCD drift-scan photoelectric technique is applied on monitoring GEO targets. In the case of parking the telescope, the good round images of the background reference stars and the GEO target at the same sky region can be obtained through the alternating observation of CCD drift-scan mode and CCD stare mode, so as to improve the precision of celestial positioning for the GEO target. Observation experiments of GEO targets were carried out with 1.56-meter telescope of Shanghai Astronomical Observatory. The results show that the application of CCD drift-scan photoelectric technique makes the precision of observing the GEO target reach the level of 0.2″, which gives full play to the advantage of the long focal length of the telescope. The effect of orbit improvement based on multi-pass of observations is obvious and the prediction precision of extrapolating to 72-h is in the order of several arc seconds in azimuth and elevation.     

关于单波段光电高温计有效波长及波长位移的探讨

介绍了一种单波段光电高温计有效波长的计算方法。它不需精确确定光电高温计的光谱特性函数,也不需对光谱辐射功率进行积分计算,只要用温度定标中光电高温计光电探测器输出的光电信号即可计算有效波长。这个方法简单易行。     

靶场光电外测数据修正及弹道精确复现方法

在导弹实验靶场采用多套光电外测设备测量弹道时,一方面不同设备在交接工作时会引起位置偏差;另一方面,利用位置参数中心微分平滑方法解算速度和加速度时,存在跳变和噪声过大的现象。二者都会导致测量的弹道与实际飞行轨迹不符,不利于与内测参数进行精度比对。本文针对光电外测设备交接引起的外测偏差,分析了误差主要是由常值误差、时间不对齐误差和随机误差组成,提出了多站交接点位置偏差分段修正方法,并且利用多项式拟合的算法对速度噪声平滑。最后,采用导弹试验的光电外测数据进行方法验证,修正了交接设备带来的位置偏差,较好地复现了飞行器的飞行弹道,既保证了弹道曲线的连续性,又满足了弹道的平滑性。     

红外地球敏感器光电组件测试技术研究

在圆锥扫描式红外地球敏感器设计过程中,基于嵌入式SoC技术,提出了一种小体积专用光电组件地面测试系统实现方法,可实现地球敏感器中光栅信号、基准信号的幅度、频率、动态频率等参数的精密测量。介绍了系统的组成及工作原理,着重对非稳定性光栅信号幅度及频率精确测量方法进行了讨论。     

红外地球敏感器光电组件测试技术研究

在圆锥扫描式红外地球敏感器设计过程中,基于嵌入式SoC技术,提出了一种小体积专用光电组件地面测试系统实现方法,可实现地球敏感器中光栅信号、基准信号的幅度、频率、动态频率等参数的精密测量。介绍了系统的组成及工作原理,着重对非稳定性光栅信号幅度及频率精确测量方法进行了讨论。     

紫外CCD敏感器头部电路系统的研究

介绍了我国探月工程之嫦娥一号卫星的紫外CCD敏感器系统的CCD电路的软硬件的开发研究.紫外CCD敏感器由光学结构、CCD及处理线路、数据处理单元及其软件组成.入射光经光学系统后,照射在CCD敏感元件,经视频处理电路处理后形成数字图像信号.数字图像信号保存在数据存储器中,由数据处理器进行分析处理.计算得到月球的中心并转换为探测器对月姿态角,其中紫外CCD敏感器头部电路包括CCD电路、时序电路、驱动电路、视频处理电路和电源电路.核心器件CCD采用E2V公司的CCD48-20芯片,文中重点介绍该CCD的时序、驱动和Smear等难点问题.