可见光面阵CCD响应非均匀性的检测与校正

通过分析可见光面阵CCD的响应非均匀性,提出了一种适用于所有面阵CCD的响应非均匀性检测系统。利用该检测系统对全帧型面阵CCD485进行了辐射定标,建立了面阵CCD485数字图像的灰度值和积分球出口处辐照度之间的响应关系,并描绘了响应度曲线。从定标采集得到的数字图像可以看出灰度值有明显的跳跃,响应非均匀性已经超过了5%,在微光拍照时将严重影响成像的质量,所以必须进行校正。根据面阵CCD响应度曲线来选择非均匀性校正算法,考虑到面阵CCD485的响应度为线性,这里采用了两点校正算法,求出面阵CCD各个像元的校正因子(增益和偏置),并存储到校正矩阵中,通过乘积加法运算把各个像元的信号校正成面阵CCD的平均信号值。实验结果表明,两点校正算法使面阵CCD485的响应非均匀性降低到原来的1/10左右,是一种实用有效的校正方法。     

红外焦平面器件二点多段非均匀性校正算法研究

分析了红外焦平面探测器的非均匀性机理和各种非均匀性校正算法，提出两点多段非均匀性校正算法，该算法避免了二点校正算法的低精度和多点校正算法的大运算量．在红外多谱段相机上的应用结果表明二点多段非均匀性校正算法具有运算量小、精度高、实用性强的优点。     

高分辨率大面阵CCD相机高帧频设计及其非均匀性的校正

目前采用高分辨率全帧面阵CCD FTF5066M 作图像传感器的航拍相机帧频一般不超过1 fps,为了满足高帧频应用,文中首先介绍了全帧型面阵CCDFTF5066M 的基本驱动电路,并对其进行了改进,利用CCD 4个输出放大器进行同时输出,使最高帧频达到了3.4 fps,介绍了4 路输出时CCD驱动时序、前端处理电路、直流偏置电路、接口电路等的设计,改进后的驱动电路能满足多种航拍相机的应用要求。然后对全帧型面阵CCDFTF5066M 的非均匀性进行了分析,并建立了一种响应非均匀性检测系统。利用该系统分别对面阵CCD5066M 的4 个象限之间的非均匀性和每个像元之间的非均匀性进行了检测。在CCD 响应度为线性的基础上,提出了两点校正算法并对非均匀性进行校正。通过校正4 个象限响应灵敏度的标准偏差降低到原来的1/13。通过对鉴别率板的重新拍摄,可以看出面阵CCD 的非均匀性得到了明显的改善。     

高能激光测量中的光强探测器面响应校正方法

为了降低光强探测器面响应非均匀性对高能激光惯性约束聚变(ICF)装置近场参数测量的影响,提出了一种高能激光近场参数测量中的光强探测器面响应非均匀性校正方法.理论方面推导了基于高能激光近场空域评价因子的多点线性定标校正模型,并设计及搭建了高均匀性线性输出的光强探测器面响应非均匀性自动校正装置.为了验证所提方法的有效性,对某型号科学级CCD的面响应非均匀性进行校正,探测器面响应调制度由1.42降至1.08,对比度由0.014降至0.004,相比两点定标方法,采用文中所提方法校正后光强探测器的均匀性大幅提高.结果 表明,该方法可为高能激光ICF装置参数测量中的光强探测器面响应均匀性校正提供一种有效的技术手段.     

一种基于探测元响应非线性的两点校正算法

针对焦平面器件现有非均匀性校正算法在实际应用中存在的问题,结合探测器的非线性模型对两点校正算法进行改进,提出了基于探测元响应非线性的两点校正算法,该算法是在最小二乘意义上的曲线拟合.通过将该算法与传统的两点校正法和四点校正法在残留非均匀性和校正速度两个方面的比较,说明该方法具有校正精度高、动态范围大、易于工程实时实现等优点.     

基于区域校正的大面阵红外探测器非均匀性校正方法

通过分析某大面阵红外探测器的响应特性,发现了由于相机自身特性引发的不同区域的响应非线性问题。传统的两点校正法或非线性曲线拟合办法对该大面阵探测器校正后,校正残差和目视效果都比较差。本文根据探测器的非线性响应特性,将整个面阵分成了8个区域分别进行非线性拟合校正,然后校正各个区域的偏置系数,最后利用改进的BP神经网络非均匀性校正算法处理区域划分引发的不均匀问题。校正后的各个黑体温度图像的残余非均匀性在千分之一量级,空间噪声也已经十分接近或者小于时间噪声;局部残余非均匀性达到0.002以下,空间噪声明显小于时间噪声。     

基于FPGA的多通道面阵CCD拼接成像系统

针对现有的CCD系统技术无法同时满足大面阵与高帧频的问题,提出了一种基于FPGA的高速多通道CCD拼接系统。采用智能化的AD芯片,配置生成精确且接收反馈的CCD驱动信号。调用FPGA内置的IP核,利用乒乓操作的思想操控DDR2完成多通道图像的拼接,百万像素CCD以100帧的速度处理。对多通道影响图像非均匀性进行分析,将处理图像的得到的参数反馈给AD芯片,实时调整各通道的增益,在硬件驱动电路上完成自适应非均匀性校正。经验证,该系统极大地提高了大面阵CCD的显示帧频,多通道拼接后获得较高成像质量。     

面阵电荷耦合器件的辐射性能函数（英文）

电荷耦合器件(CCD)作为一个将光学图像转换到电子学图像的传感器,其成像质量与辐射响应参数的性能直接相关。针对面阵CCD越来越广泛的应用,提出利用"辐射响应矩阵"的概念和评价方法,表述面阵CCD每个像元的辐射性能参数。分析该矩阵,明确矩阵各元素的物理意义,并将面阵CCD每个像元的绝对辐射响应度、响应非线性度、暗噪声、信噪比以及非均匀性的数学关系与其物理含义一一对应。对面阵CCD DALSA-FTF6080M进行辐射性能检测,并利用辐射响应矩阵计算出各像元的响应系数。以测试结果为例,讨论和描述该矩阵的应用结果。实验结果表明:使用辐射响应矩阵可以计算出面阵CCD非均匀性为3.1%,该CCD近似成线性响应,暗噪声为3.84。此方法实用,满足对面阵CCD的客观评价。     

基于改进伽马曲线的星载长波红外焦平面非均匀性校正算法

随着长波红外探测器技术的进步,通过选用宇航级大阵列长波红外探测器,天基红外遥感卫星技术得到快速发展。长波红外探器响应强非线性导致传统的基于线性模型的非均匀性校正算法校正误差大,从而影响卫星在轨使用效能。针对该问题,结合大量实验室数据和卫星在轨数据的统计分析结果,建立了一种新的长波红外探测器非线性响应模型,据此提出了一种基于改进伽马曲线的非均匀性校正算法,以有效克服探测器响应强非线性对校正精度的影响。该算法首先建立基于改进伽马曲线的探测器非线性响应模型,依据此模型对获取图像进行非线性压缩映射,实现探测器响应的线性化,然后利用星载基于定标技术的线性化算法实施非均匀性校正,同时,定标温度点根据所建立模型参数动态更新,最后通过逆非线性化压缩映射还原出实际的非均匀校正后的图像。基于人造黑体和在轨实景红外图像的实验结果表明,该算法有效解决了探测器响应强非线性对校正精度的影响,校正后图像的视觉效果和定量化指标均优于传统的星载非均匀校正算法。     

基于FPGA的IRFPA联合非均匀性校正的实时实现

摘要：红外焦平面阵列（IRFPA）的快速发展对探测器的非均匀性校正技术要求越来越高。目前常用的基于标定技术的两点或多点校正算法在应用中难以完全克服探测器响应的非线性和随时间及环境变化的漂移的影响。本文提出了基于标定和基于场景的联合校正算法及其在FPGA(Field Programmable Gate Array)上的实时实现技术。其中利用基于标定的二项式拟合算法来消除探测器的大部分非均匀性，基于场景的时域高通算法来抑制探测器非均匀性参数漂移的影响，从而使这两类算法取长补短，可有效克服各自的缺陷。文中详细描述了基于FPGA实现联合校正算法的基本原理和处理流程。实验表明，这种联合校正算法效果良好，可以充分满足大规模IRFPA非均匀性校正的要求。     

基于双单片机的线阵CCD驱动及信号处理系统

针对线阵CCD器件的驱动和信号处理,使用了2片STC11F02单片机,一片产生CCD驱动时序信号,另一片负责测量控制及与上位机进行通信。采用硬件的方法对CCD输出信号进行处理,直接得到光斑中心位置,不需要进行A/D转换。试验结果说明测量精度可达0.007 mm。该电路成本低,体积小,速度快,可广泛应用于基于线阵CCD的非接触式几何量测量。     

基于CPLD的线阵CCD信号采集系统设计

文中基于复杂可编程逻辑器件设计一款高分辨率的线阵CCD信号采集系统。利用Verilog硬件描述语言进行了CPLD控制模块以及逻辑单元的程序设计,由图像专用A/D芯片中的相关双采样等特殊功能,实现了对CCD输出信号的噪声处理和模数转换,通过USB2.0接口实现了计算机终端采集和控制指令的实时传输。采用CPLD的设计方法具有驱动时序精确、采样速率快、抗干扰性强和输出信号稳定等特点。仿真结果证明,系统总体性能较好,上位机能正确显示采集到的CCD数据,噪声在允许的范围内,在不同的工作环境下,系统性能稳定。     

Binning技术在光谱仪中的实验研究

针对光谱分析实验中线阵CCD灵敏度较低,提出了一种Binning技术可将几个相邻的像素合并一个像素,提高线阵CCD的像素响应度、信噪比和CCD的帧速。研究包括光谱色散成像、CCD、光谱数据分析。研究表明,通过改变CCD的驱动时序,对光谱族中的敏感波段实现合并(Binning),可获得更高的灵敏度和信躁比。对相邻像素合并造成的影响进行了讨论。     

线性CCD实验系统的研究

CCD（Charge Coupled DeviCe）越来越广泛被应用于工业、军事、民用等行业,采用CCD数据采集卡,和微机相结合,对被测图像信号进行快速采样、存储及数据处理。本实验系统研究主要从5个实验的研究,其中讲述了线阵CCD的特性测量的基本原理、线阵CCD的输出信号的二值化测量的原理及方法、线阵CCD的A/D数据采集、及成像系统的研究、线阵CCD对物体的尺寸的基本测量、对角度的测量等基础知识。最后通过总结性的研究线阵CCD的A/D数据采集程序的方法。     

基于电子稳像技术的CCD成像空间校正方法研究

针对彩色线阵CCD应用时,出现的成像三色错位问题进行了研究,提出了基于电子稳像技术的CCD成像空间校正方法。与传统方法相比,该方法引入了电子稳像技术的思想,巧妙运用帧间运动的处理手段解决了帧内运动的问题。首先对线阵CCD得到的图像进行彩色图像分离,再通过特征点提取,特征点匹配,错位参数估计,图像补偿,彩色图像合成等过程,最终获得校正后的彩色图像。仿真实验表明,该方法能有效解决三色错位问题,改善图像质量。     

基于梯度算子的线阵CCD图像边缘检测方法研究

利用线阵CCD对螺纹参数进行测量,其测量精度受边缘信号检测精度制约,对图像边缘的精确检测是测量的基础和关键。为了检测经过线阵CCD所得图像的边缘,提出了一种基于梯度算子和直线拟合原理的边缘检测方法。该方法利用梯度算子求出图像边缘梯度最大值的两点,再结合这两点及相邻点的信息进行直线拟合,确定边缘的准确位置。基于该方法的采集系统由线阵CCD采集螺纹的灰度图像,使用DSP来处理数据。实验结果表明,该方法相对于固定阈值法,对提高系统测量精度具有显著效果。     

基于线阵CCD扫描的测量技术

针对零件二雏几何尺寸的高精度非接触测量问题,提出了基于线阵CCD扫描测量的方法。通过对扫描同步的分析,很好地控制了扫描图像的失真。对CCD扫描图像设计了处理算法。由于需布置光源,而光源随时间会有所衰减,所以对图像采用边缘检测的算法,以减小光源亮度变化对图像测量的影响;由于获取的梯度是梯度带,同时为了不加剧边缘的不连续性,采用了细化算法。对闽断点进行插值,采用周长法计算直径,系统测量结果与采用千分尺进行测量的结果相比较,其测量误差不大于10μm。     

改进的探测器S形曲线的非均匀校正算法研究

在大动态范围内,基于光子效应的IRFPA探测器单元的响应输出与入射辐照度之间为非线性关系。由理论分析各测量结果可知,探测器的响应曲线服从S形非线性分布。然而经典S形曲线校正算法计算量大,而且参数随时间漂移,工作一段时间后需重新定标,这样必然影响热像仪的连续工作,并且增大了硬件实现的难度。针对这两个问题提出了改进的S形曲线校正算法。该算法结合两点校正算法,减少了计算量,并利用最小均方法(LMS)对S形曲线的定标参数进行补偿,解决了探测器需要重新定标的问题,实现了基于LMS的S形两点定标校正算法。并通过实验,表明提出的改进算法计算量小,校正精度较高,而且解决了经典S形曲线校正算法需多次定标的问题,具有较好的工程实践意义。