异步Binning高帧频CCD相机的拖尾校正

一种基于异步时序驱动和Binning技术的高帧频成像技术在帧转移CCD相机上得到成功应用。为了抑制该CCD相机成像时产生的拖尾效应,基于该相机的高帧频连续成像原理,理论上分析了图像获取过程中拖尾产生的原因,给出了一套完整的消除拖尾的数值解析算法。该算法充分考虑了图像亮度变化对拖尾形成产生的影响,并对此进行了修正,已在异步Binning CCD相机上进行了实验验证。利用相机以40 000帧每秒的帧频获取4幅连续图像进行实验,实验结果表明,该算法可有效去除每幅图像的拖尾噪声,而且消除拖尾噪声后的图像区域的灰度方差得到明显降低,异步Binning CCD相机的成像质量得以提高。上述结果表明算法适用于高帧频相机的连续成像。     

高速CCD图像数据光纤传输系统

本文提出了一种多路高速CCD图像数据光纤并行传输系统,并应用于空间遥感相机中。设计并实现了单路有效数据率最高可达1.28Gbps的光纤传输通道。阐述了系统设计思想,光纤传输通道结构,并对其中的关键技术高速总线接口、高速串行光电接口等进行了详细分析。实际完成了5通道TDICCD图像数据光纤并行传输系统,总有效数据率高达5.7Gbps。通过实验证明该系统工作稳定可靠,实时传输效果好,无误码,满足了高速多通道CCD图像数据的高速率,远距离传输要求。     

一种高速线阵CCD图像数据采集系统

介绍了一种可用于小颗粒物质色选的高速线阵CCD图像数据采集系统.文中介绍了CCD传感器元件RL1024P的驱动设计方法和采用图像数字转换器XRD98L59对CCD输出信号进行高速A/D转换的设计方法.设计全部采用Verilog语言进行硬件描述,并利用ISE 4.2软件对所设计的各部分电路进行仿真,最后对FPGA器件进行了编程和硬件的电路调试,实现了CCD图像数据采集系统.该系统的设计新颖实用,技术指标达到设计要求,它以其优异的性能已成功的应用于色选系统中,并且得到了比较理想的数字图像数据.     

一种高速线阵CCD图像数据采集系统

介绍了一种可用于小颗粒物质色选的高速线阵CCD图像数据采集系统.文中介绍了CCD传感器元件RL1024P的驱动设计方法和采用图像数字转换器XRD98L59对CCD输出信号进行高速A/D转换的设计方法.设计全部采用Verilog语言进行硬件描述,并利用ISE 4.2软件对所设计的各部分电路进行仿真,最后对FPGA器件进行了编程和硬件的电路调试,实现了CCD图像数据采集系统.该系统的设计新颖实用,技术指标达到设计要求,它以其优异的性能已成功的应用于色选系统中,并且得到了比较理想的数字图像数据.     

基于线阵CCD的成像系统自校图形设计

CCD成像系统组成复杂,为便于调试和检测系统接口可靠性,需要设计一系列自校图形,其作用相当于模拟CCD图像数据,因此应具有类似线阵CCD推扫成像的动态滚动特性,同时要求图形灰度等级变化明显,且在x和y方向上均有灰度梯度。自校图形种类繁多,本文详细阐述了鉴别率图的设计思想、代码实现及自校意义。设计选用FPGA硬件VHDL编程来实现,应用TEXTIO功能通过Modelsim门级仿真将自校图形数据输出到文本,然后调用MATLAB读取文本并显示图形以验证设计的正确性。几个自校图形在CCD遥感相机成像系统中得到应用,起到了良好的检测效果。     

高信噪比星载CCD成像电路系统

为获得高信噪比的航天遥感图像,针对CCD成像系统链路分析了影响图像信噪比的主要因素。结合CCD成像系统的响应模型,明确了系统信噪比的表达式,并摆脱了具体CCD型号的束缚,提出了一种"总-分-总"的高信噪比成像电路系统通用设计方法。描述了系统从顶层总体设计、底层各电路模块设计以及全系统联试的完整研制方法。将该方法应用于吉林一号卫星高分辨率多光谱CCD成像电路系统的设计中,并对成像系统进行了辐射定标试验,获得了高信噪比的图像数据。结果显示:在灰度为80%饱和输出时,获得的全色图像信噪比达到了53.9dB,多光谱图像的最高信噪比达到了56.3dB,且图像数据经融合后色彩真实、绚丽。本文的CCD成像电路系统设计方法能够为其他航天遥感载荷的电路系统设计提供参考。     

用BMP图像文件合成多光谱遥感图像的简单方法

叙述了多光谱遥感数据转化为位图(BMP)格式彩色遥感图像的简单方法。由于遥感数据的记录格式与BMP图像的数据记录格式具有极其相似之处,二者均以像元为记录单位,遥感像元记录的是地物的多光谱数据,BMP图像的像元记录的是该像元的RGB三基色值,将多光谱遥感数据转化为BMP像元的RGB数据格式,并写入图像文件中即可获得BMP格式的彩色遥感图像。文中给出了BMP图像文件的详细结构,并利用三通道海洋水色CCD成像仪预研样机航空飞行实验中获得的遥感数据,叙述了将遥感数据转化为BMP图像的详细过程,并获取了清晰的BMP格式遥感图像。     

高分辨力遥感相机CCD采样位置自适应补偿技术

由于受温度变化的影响,高分辨力遥感相机焦平面CCD采样信号的相位会发生变化,采样位置的温度漂移会严重影响图像的信噪比、动态范围等,甚至会造成图像无法正常显示。为了解决采样位置随温度漂移的问题,对高分辨力遥感相机CCD采样位置进行了自适应补偿设计,首先对CCD采样信号的初始位置进行精密调节,然后设计了自适应补偿电路,通过对功耗的控制使各驱动芯片温度基本一致,CCD信号与采样信号在温度变化上具有跟踪性,在动态上保证CCD信号采样位置的准确性,从而保证图像信噪比的稳定性。实验表明,利用该方法,相关双采样信号的初始位置调节精度小于0.039 ns;在卫星在轨温度范围内,相关双采样信号延时最大值为0.46 ns,保证了相机的高质量成像,满足航天应用需要。     

解决大幅面CCD相机三色分离的方法

针对大幅面彩色电荷耦合器件(CCD)相机三通道色彩彼此分离的问题,深入研究了CCD的内部结构,分析了多线阵彩色CCD三色分离的原因,提出了一种将三通道数据分开缓存的修正方法,并制作了国内第一台高速多线阵CCD大幅面扫描仪。该修正方法根据多线阵彩色CCD内部工艺结构,将三通道数据在硬件上进行分开缓存、重组,实现真实色彩的还原。理论分析与实际应用效果表明:经过处理后的图像R、G、B三色分离现象得到极大改善,在1 200DPI的分辨率下,三通道色彩未见分离。制作的大幅面扫描仪在600DPI的分辨率下,扫描速度可达5.08cm/s,扫描处理一张A0的图纸只需30s的时间,图像拼接处像素误差在±2以内。     

发光二极管显示屏CCD图像的修正

提出了一种有效的图像修正方法,用于修正用彩色CCD相机采集的LED显示屏图像.首先,利用均匀标准白板逐像素点法对制造工艺使彩色CCD相机产生的曲面进行渐晕修正;然后,利用LED管芯配光曲线的分布规律修正由于相机采集位置的影响产生的偏差,并给出了修正原理和修正的过程;最后,给出了实验数据及结论.修正后,红、绿、蓝基色的均匀性均方差分别从4.0％减少到1.48％,从3.1％减少到1.36％,和从3.5％减少到1.39％.利用该方法修正过的LED图像既消除了相机本身的曲面产生的渐晕,又消除了由于相机采集角度的影响产生的偏差,是一种非常有效的LED显示屏CCD图像的修正方法,实验结果基本符合修正的要求.     

空间光学遥感器的多光谱TDI CCD信号检测及仿真

为了实现采用高性能多光谱TDI CCD 对空间光学遥感系统的合理设计及应用,提出了对CCD控制信号的高速并行实时检测方法和视频图像连续输出的仿真设计方案。利用CCD行读出及转移的200µs周期,对48路控制CCD驱动信号和31路直流偏置信号进行并行实时逻辑分析及检测。同时,把预制的CCD模拟图像,从磁盘阵列经PCI-X及LVDS总线高速传输到由FPGA、D/A、放大和滤波电路组成的视频图像生成系统,实现可连续、实时输出各种模拟测试图像。实验结果表明,可同时输出3路6MHz频率的彩色图像和8路12MHz频率的全色图像象素信号波形。象素信号基准电压8V;振荡幅值0～1.7V。有效采样时间和信号稳定度均满足成像电路的仿真测试要求。     

金相组织数字化数据采集系统

应用计算机技术进行数字图像处理其关键是要保证采集到的图像数据准确,利用CCD传感器进行图像的数据采集是常用的方法.本文介绍了基于CCD和金相显微镜相结合的金相组织数字化数据采集系统,并着重对采集系统中JX-4型金相显微镜的光学成像原理及其他器件的选取和光学接口的设计进行阐述.该系统体积小、成本低、速度快,采集的数据准确、可靠.该系统经过实际试验采集到的图片清晰,适用于计算机数字图像处理.     

推扫型TDI CCD光学遥感器动态成像研究

针对基于推扫技术的TDI CCD空间光学遥感器动态成像试验,研制了一套检测系统。在系统中,设计了模拟卫星推扫的双支承U型结构精密转台。搭载遥感器,以角速度0.555°/s在±5°的范围内转动时,转台稳速控制精度达到0.3%。设计了一种奈奎斯特频率靶标,在每组矩形垂直靶条间加入公差为a/n的等差级数间隔靶条,解决了遥感器推扫时CCD像元与垂直靶条像匹配不确定性问题,使配准简化,提高了测量结果的准确性。试验结果表明:遥感器获得了垂 直、水平及45°方向的0视场,±0.86视场奈奎斯特频率靶条像,验证了采用推扫技术的TDI CCD遥感器所具有的高品质。     

超高分辨率CCD成像系统的设计

介绍了基于50 Mpixel超高分辨率全帧型CCD芯片KAF50100的成像系统设计方法.该系统采用幕帘式焦平面机械快门对CCD进行曝光控制,CCD输出图像信号在专用模拟前端(AFE)芯片AD9845B中进行处理和模数(A/D)转换后,经现场可编程门阵列(FPGA)缓存和排序,通过低压差分信号(LVDS)接口发送至上位机.系统中所有驱动时序和控制信号均由FPGA产生,上位机通过RS422总线对系统进行命令控制.针对KAF50100四路输出不均匀性问题提出了基于最小二乘法拟合的校正方法.实验验证表明,系统可在KAF50100的最大速度模式下工作,像素读出速度为4×18 MHz,最大帧速为1 frame/s,电路读出随机噪声为2.76@12bit,动态范围为63.4db.该成像系统设计方法可以充分发挥KAF50100的性能,并且具有良好的通用性和扩展性,可以广泛应用于超高分辨率CCD成像系统的设计中,如可见光水下探测、卫星遥感、天文观测等.     

高速多通道遥感相机快视系统的实现

针对目前遥感相机输出通道多、数据率高和像素灰阶高等特点,提出并构建了基于现场可编程门阵列(FPGA)并行处理技术的快视系统。该系统主要由存储单元、预处理单元以及高清显示单元等核心部件组成。存储单元采用FPGA直接控制大容量SATA磁盘阵列实现高速海量存储;预处理单元实时对高速海量图像数据进行缩放、平移和数据融合等操作,克服传统快视系统无法高速处理海量图像数据的技术瓶颈;高清显示单元驱动3台12位显示器进行高灰阶、大幅面无缝拼接显示,弥补以往对高灰阶遥感图像只能截断显示的缺陷。实验结果表明：该系统存储容量达96 TB,可对总速率高达19.7 Gb/s 的12通道12位量化遥感图像数据进行实时记录与无失真显示。系统工作稳定可靠,易于扩展,已成功运用于遥感相机的研制测试中,大大提高了遥感相机的研制效率。     

星敏感器和遥感相机主光轴交联角的在轨检校

为了提高遥感影像产品的定位精度,研究了星敏感器主光轴和遥感相机主光轴交联角的在轨检校方法。利用高分辨率卫星遥感影像的严格成像模型,将改进的非直接求解模型引入到遥感相机安装误差的标定中,提出一种对遥感相机内外方位元素进行统一检校的方法,实现了星上姿态确定系统和遥感相机之间系统误差的精确补偿。对来自遥感卫星的整轨遥感图像进行处理,利用最优化模型确定遥感相机和星敏感器姿态关系矩阵,进而检校出交联角。最后,利用单像对地目标定位原理,对检校精度进行了验证。实验结果表明,校正后地面点经纬度方向平面位置RMS误差分别为9.31 m和9.28 m,显示通过内外方位元素统一检校,遥感图像的定位精度得到显著提高。