基于CCD拖尾特性的空间目标单帧检测方法

在固定天区长时间的天文观测中,为避免CCD相机的机械快门寿命限制造成的系统维护和运行不便,在观测中不使用机械快门,这种情况下CCD拖尾噪声对目标检测的影响相当严重.根据行转移CCD拖尾产生机理,首先分析了静止恒星目标竖直拖尾和运动空间目标倾斜拖尾的形成.结合实际工程对空间目标单帧检测的需求,在后续图像处理中提出了恒星拖尾的消除方法,消除了图像中的竖直直线,利用Hough变换检测倾斜直线进而实现空间目标的单帧检测,提高了检测精度减少了虚警.实验验证了该方法的有效性.     

一种天文光电图像序列弱小目标实时检测算法

地基大视场天文光电观测系统获取的序列图像中,空间目标和数目众多的恒星目标成像特性相似,大部分都表现为弱、小目标特性,实现它们稳健实时检测具有较大的难度.本文在深入分析天文光电图像弱小目标成像特点的基础上,结合实际工程对目标检测的强实时性和高检测概率需求,针对恒星目标和空间目标的时空域特性差异,提出了一种基于时空域联合滤波的弱小目标枪测算法,首先在空域上通过抑制背景增强目标,然后在时域上分别通过多帧相关运算和多帧差分运算,快速有效地检测恒星目标和空间目标.最后结合实测数据和硬件平台,验证了该方法的有效性及实时性.     

扫描器性能实时检测装置中拖尾现象的消除

在扫描器性能检测设备研制过程中遇到的ccD拖尾现象,通过分析其产生机理,确定了拖尾现象的产生是由于帧转移型CCD在信号转移期间,成像区光敏单元仍处于感光状态,使成像区前一行的光敏元对成像区后一行的光敏元造成影响,从而形成拖尾.根据其产生机理,采取设计同步控制电路的办法,使得在数据读出过程中,快门处于关闭状态,使得感光区光敏元上没有光输入,从而解决了拖尾问题,实现了对于扫描器性能的实时检测.实验表明,本文所采用的技术方案,可以很好的解决CCD的拖尾问题.     

基于CCD点扩散和拖尾特性的星空模拟方法研究

空间监视主要是指对太空中地球附近的各种卫星目标进行监视，以获得各国的卫星部署情报，而利用天基光学望远镜的光学监视是空间监视的主要发展方向。本文提出了一种模拟天基望远镜对空间目标的成像方法，分别利用高斯点扩散方法和线性近似方法重点解决了CCD图点扩散特性和目标图像拖尾模糊两个现象的计算机模拟问题。     

基于CCD传感器的空间目标探测可重构高速图像处理机设计

针对CCD空间目标探测系统中图像数据量大、待检测目标信噪比低、实时性要求高等特点,提出了一种基于时空域融合滤波的运动弱小目标检测算法,并完成了一种基于FPGA和DSP的高速图像处理机设计.该设计充分利用FPGA灵活、可编程特性和DSP在实现复杂运算方面的高速、程序动态可加载特性,并结合流水、并行等具体实现方法,使得该结构具有高速、灵活和可重构等特点.实际应用表明该处理机设计能够有效满足空间目标CCD探测系统要求.     

一种基于DSP的弱小目标实时检测算法研究

针对天文CCD图像的特点,讨论了天文图像处理中小目标检测算法,采用DSP＋FPGA的硬件架构来实现低信噪比情况下小目标的实时检测与跟踪.针对系统不同的工作状态提出了在引导状态下使用基于图像对称差分运算的方法来检测跟踪目标,而在定位状态下使用基于形态学滤波的检测方法实现多目标的检测,同时保存感兴趣的目标图像,实验的结果表明可以实时有效地检测到SNR≈2的运动小目标.     

基于目标能量的远距离红外空间目标提取算法

提出了一种基于目标能量的红外目标提取算法.这种算法利用目标相对角速度大于瞬时视场时图像会产生拖尾的现象,采用能量叠加来增强目标与背景的信噪比,从而实现对信噪比小于或等于5的远距离红外空间目标的探测和跟踪.此算法运算量小,可在硬件上实现.实验表明,此算法能实时探测和跟踪距离不小于15 km的红外空间目标,且探测概率可达96％.     

基于DSP的嵌入式CCD天文图像处理系统

基于CCD的天文图像采集与处理系统是空间目标光电探测的主要手段之一.分析了现有CCD天文图像采集与处理系统的不足,并据此设计出了适合于嵌入式应用的CCD天文图像处理系统.试验结果表明该处理系统能够在一定程度上提高CCD天文图像处理系统的处理能力.     

星载光电成像系统对空间点目标成像的弥散与拖尾特性研究

星载光电成像系统对空间点目标成像进行探测、识别时,由于受到系统衍射、像差及系统与目标相对运动等因素的影响,点目标成像会产生弥散与拖尾现象。以空间目标可见光反射特性和系统点扩散理论为基础,建立了目标成像弥散的数学物理模型,对系统的衍射、像差造成点目标成像弥散进行了理论分析与数值模拟研究;分析了系统与目标的相对运动关系,推导了单帧积分时间内目标在像平面上拖尾长度的表达式,定量研究了轨道高度、观测角等对拖尾长度的影响。结果表明,像差使目标成像的弥散程度增大,像斑中心强度下降;在成像系统参数及其轨道高度一定的条件下,目标的拖尾长度随着目标轨道高度的降低、观测角的增大而增大。     

一种基于DSP的弱小目标实时检测算法研究

针对天文CCD图像的特点,讨论了天文图像处理中小目标检测算法,采用DSP FPGA的硬件架构来实现低信噪比情况下小目标的实时检测与跟踪。针对系统不同的工作状态提出了在引导状态下使用基于图像对称差分运算的方法来检测跟踪目标,而在定位状态下使用基于形态学滤波的检测方法实现多目标的检测,同时保存感兴趣的目标图像,实验的结果表明可以实时有效地检测到SNR≈2的运动小目标。     

电子快门与CCD图像传感器抗晕的研究

为了抑制CCD图像传感器在强光照射时出现光晕和弥散现象,运用半导体器件数值模拟软件MEDICI,对建立的纵向抗晕CCD器件模拟结构进行数值计算,并分析1 PW层硼掺杂浓度参数对CCD纵向抗晕能力的影响,并对CCD纵向抗晕结构进行优化结构。而电子快门就是利用纵向抗晕的工作原理而发展的。     

CCD纵向抗晕结构设计与优化

为了抑制CCD图像传感器在强光照射时出现光晕和弥散现象,建立了CCD纵向抗晕结构模型,运用半导体器件数值模拟软件MEDICI,对建立的纵向抗晕CCD器件结构进行数值计算。结果表明：1PW层杂质浓度越低,电势越高,则电子势垒越低,则导入衬底的过量载流子越多,对应的抗晕能力越强。得到了CCD纵向抗晕结构的一种优化结构。     

高重频脉冲激光引起CCD视频中的动态次光斑现象研究

研究分析了CCD光电转换后信号电荷的传输过程以及激光高亮度的特点.认为高亮度的激光容易使感光二极管饱和,从而使光生电荷不通过读出脉冲控制而直接溢出至垂直CCD中,形成溢出信号电荷包;高亮度激光在垂直CCD内的漏光信号较强,从而直接在垂直CCD中形成漏光信号电荷包.溢出信号电荷包和漏光信号电荷包不依赖读出脉冲而出现于垂直CCD中,它们叠加在一起称之为次信号电荷包.次信号电荷包,经过垂直CCD的耦合转移动作,就形成了区别于激光主光斑的次光斑.研究中对次光斑的间距及循环移动的规律给出了定量的分析.次光斑的间距由CCD的转移频率和激光的重频频率所决定.而相邻帧中,主光斑与次光斑的间距有周期性的变化,从而造成了CCD输出视频中的次光斑循环移动.这种变化是由CCD垂直扫描周期被激光脉冲间隔时间整除后的余数所决定的.     

强背景大起伏条件下点目标双尺度滤波检测算法

针对白天观测条件下利用望远镜探测空间目标的应用背景,分析了白天观测条件下的空间目标的特点,提出了适合硬件实现的双尺度滤波检测算法(DSF).该算法能有效地消除强背景的起伏变化,在对CCD相机所获得的单帧图像进行不同尺度的滤波的基础上,可将空间点目标可靠地检测出来.该算法利用了数据的并行处理手段,有效地减少了数据处理的时间,利于硬件实时实现.实验结果表明该算法能够对信噪比约为2的空间点目标进行可靠的检测,且具有较好的实时性.     

紧凑型多光谱空间光学遥感器焦平面的设计与拼接

为实现高分辨率、多光谱、宽覆盖的遥感测量,对空间光学遥感器由3片TDI CCD组成的焦面组件进行了设计,并提出了一种新的拼接方法。根据空间光学遥感器采用的多光谱TDI CCD外形尺寸较大、几乎占满整个结构设计空间的特点,对其焦平面进行了紧凑型的机械交错拼接设计;根据紧凑型多光谱焦平面的特点,结合图像处理技术进行了拼接,对由CCD拼接仪产生的图像进行了放大和处理,以尽量消除因人眼视觉误差对拼接精度产生的影响,提高拼接精度;最后进行了拼接验证。结果表明,该方法拼接出的焦面各片CCD之间的搭接误差〈3μm,两排CCD的平行度误差〈3μm,共面性误差〈5μm,满足空间光学遥感器的成像要求。     

电荷耦合器件消拖影后非线性测定

随着电荷耦合器件（CCD）技术的迅速发展,CCD在光度检测中的应用越来越为人们所关注,如在CCD图像传感系统中,直接运用CCD列阵作为光电探测器件,测试光学系统及CCD成像系统的调制传递函数,其关键之一在于CCD光探测器的非线性。然而,CCD采集的图像都具有拖影。为了测量CCD芯片的非线性,提出一种定量测量CCD芯片响应非线性的实验方法,通过实验获得探测器输出信号与光照度数据,对图像进行消拖影;进而进行曲线拟合,得到了CCD芯片的响应非线性曲线。     

TDI CCD视频响应性能的高精度检测

TDI CCD主要应用于空间遥感和科学实验中,为了解决TDI CCD性能检测过程中精度不够高、检测方法不够准确等问题,提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD性能检测方法。首先,增加TDI CCD视频信号的增益可调范围和视频AD的量化位数,尽可能高地提取出TDI CCD的噪声;其次,改变TDI CCD接收的辐照度,制定TDI CCD各项视频响应性能的检测方法;最后,提出TDI CCD各项视频响应的准确计算方法,确定测量不确定度。实验结果表明:和以前测量方法相比,暗电流信号和CCD噪声的测量不确定度减小了10倍,其他视频响应性能的不确定度也减小了5倍多,因此,现有测量方法提高了TDI CCD视频响应的检测精度和准确性。     

基于红外探测技术的嵌入式智能监测平台研究

在实际照度较低的环境中，可见光波段的CCD摄像机获取的图象模糊不清，影响监测精度。而采用散射光小，穿透能力强的红外CCD，则可以显著改善图象质量，从理论上分析了Rayleigh散射，Mie散射，无选择散射对监测的影响，讨论了红外波段CCD的反射系数、透射系数与波长的关系。实验表明：监测采用红外波段可显著提高空间分辨率、穿透性，且能有效抑制光线散射造成的影响。     

实时CCD成像跟踪处理系统研究

提出了基于高速数字信号处理器TMS320C6415的图像识别跟踪系统，并给出了成像跟踪系统的原理图和结构图。重点论述了采集系统和图像处理系统。在软件上采用矩不变阈值分割和基于梯度的自适应阂值分割提取目标，采用投影特征的质心跟踪算法及基于线性微分拟合的记忆外推跟踪技术跟踪目标。实验结果表明：该系统跟踪稳定可靠，完全满足实时性要求。     

提高CCD测量精度的方法研究

为了大幅提高CCD的测量精度,提出了一种全新的CCD使用方法。该方法是将像素间距为H的CCD器件的像素行沿与被测边缘垂直方向成一定角度α来进行摆放。此时,单线阵CCD的最大测量误差减小为H×cosα,N个线阵CCD等距错排并以α角度斜放,最大测量误差将减小为(Hcosα)/N,当列间距为h的面阵CCD沿被测对象轴向斜放时,最大测量误差减小为h×sinα。分别采用单CCD和双CCD,对直径为5.000,8.000和12.000mm的三个标准杆件的直径进行了测量。结果表明,双CCD斜放,可获得更高的测量精度。该方法可从理论上彻底打破CCD像素间距的限制,并使CCD的测量精度大幅度地提高,进一步拓展CCD的应用范围。