时间延迟积分CCD空间相机信噪比的影响因素

为了定量评估影响时间延迟积分(TDI)CCD空间相机信噪比的因素,研究了TDICCD空间相机成像机理和噪声来源,建立了相机的信噪比模型。分析了辐射亮度、积分级数、行频和系统增益(模拟增益)对信噪比的影响。搭建了实验室辐射定标系统,模拟了相机在轨工作时的辐射亮度条件。通过辐射定标对不同工作参数与相机信噪比的关系进行了验证。结果表明:对于TDICCD相机来说,光子散粒噪声、暗电流噪声和固定图形噪声在诸多噪声中起主导作用。相机的输出信号和信噪比均随着辐射亮度、积分级数和系统增益的增加而增大,随着行频的增加而减小。辐射亮度、积分级数、行频和系统增益对信噪比的影响量不同。具体来说,即当辐射亮度、积分级数和行频变化量分别为L倍、M倍、τ倍时,其导致的信噪比变化量略大于L1/2倍、M1/2倍、τ-1/2倍。系统增益只能在相对较小的范围内影响信噪比,且信噪比变化幅度随着增益的提高逐渐减小。     

基于辐射亮度反演的TDI CCD相机的响应非均匀性校正

分析了TDI CCD的各种噪声,重点研究了响应非均匀性和固定图形噪声对成像质量的影响,通过辐射亮度反演的方法对响应非均匀性进行了校正。实验结果表明,该校正方法能够有效去除响应非均匀性造成的条纹,得到清晰的图像。     

宽视场空间光学相机星上相对辐射定标系统

星上相对定标已成为在轨辐射定标链中的重要环节。星上相对定标系统采用LED作为定标光源,在完成LED空间适用性的研究基础上,对定标光源的老炼和筛选方法进行了描述,重点介绍了星上相对定标系统的组成、非均匀照明的定标工作原理,并针对宽视场空间光学相机开展了在轨定标测试与验证试验。对星地间定标图像数据进行比对,并给出了各像元的校正因子。该星上定标系统具有较强的空间适应性,综合不确定度为2.9%,能够满足宽视场空间光学相机星上相对辐射定标要求。     

曲面透明件雾度和透光率实时测试仪

为了实现大型曲面透明件雾度和透光率的实时测量,设计了一种由LED作为光源、双积分球作为信号测量端的雾度和透光率测试仪。在系统工作原理上完成了透光率和雾度的理论推导,然后进行了光源光谱分布对系统测试结果影响的仿真分析,光学设计,积分球参数设计以及支撑调整机构设计,提高了系统的测试精度和效率。最后,对大型曲面透明件雾度和透光率实时测试仪进行标定和样品测试。测试结果表明:标准雾度片的透过率绝对误差均小于0.4%,雾度绝对误差均小于0.3%,用户提供样品的透过率测量值与理论计算值的偏差亦小于0.4%,满足用户要求。     

空间光学遥感器的辐射传递特性与校正方法

由于受大气背景辐射和自身光电响应特性的影响,对地观测的空间光学遥感器所获取的原始数字图像与景物真实的辐射亮度图像相差甚远 ,为此,通过对光学传感器辐射定标,建立了入射辐射亮度与输出图像灰度间的辐射响应函数,来实现辐射亮度图像的反演和辐射校正。根据光学遥感器辐射传递转换过程,采用泰勒级数和矩阵函数模型描述了"辐射响应函数"的物理概念,并提出了多次回归分析求解矩阵方程获得辐射校正系数的方法。在进一步的实验中,结合积分球扩展辐射源对某型号民用相机进行实验室辐射定标,获得了该相机的辐射响应函数。实验结果表明,该方法可行且实用。最后,对实验获得"辐射响应函数"的物理意义以及辐射定标精度等问题进行了讨论。     

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。     

离轴抛物面镜像面扫描太赫兹光学设计

为了提高太赫兹成像速度,设计了一种像面扫描太赫兹快速成像系统。它为反射式单像素探测器成像,成像系统采用新设计的表面镀金的离轴抛物面镜结构以实现大口径、无遮拦、高反射率、高质量成像;反射成像系统光学设计F数为2.93,通光孔径为100 mm,视场为1,焦距为293.45 mm,成像窗尺寸为64 mm64 mm,圆孔直径为2 mm,扫描采集1616像素图像时间为0.1 min,3232像素图像时间为0.42 min,6464像素图像时间为1.7 min,空间分辨率为1 cm。扫描系统结合压缩传感成像理论采用新型像面扫描方法实现快速成像,在系统焦平面位置加入旋转多孔盘,对像面的图像进行太赫兹能量强度扫描,使用金属光锥收集能量到高莱探测器。利用压缩传感理论的特殊条件（采样数目与图像像素数相等）进行像面图像采集,然后利用正则归一化方程重构像面图像,该系统具有成像速度快、分辨率高、低成本、结构紧凑合理的优点。     

探测海洋目标的光学遥感器工作波段选择

在遥感器的研制任务中,工作波段的选择对于目标探测和识别至关重要。针对海洋目标探测这种从大背景下探测小目标的应用,分析了限制目标探测的主要因素。以深海水域舰船目标为例,利用大气辐射传输模型MODTRAN 4.0模拟计算了某型号遥感器在可见光谱区域内各个波段的目标/背景对比度和信噪比,并以此作为依据得出结论—对于以海洋目标探测为主要目的的宽波段遥感器来说,其最佳工作波段为0.5m~0.9m。     

一种空间相机辐射定标用大面积辐射光源的研制

针对目前空间光学遥感器向着大口径、高精度方向发展相应需要大出光面的积分球辐射光源,本文研制了一种大口径空间相机用积分球辐射定标光源,并使用自制的积分球辐射性能测试装置测试了大口径积分球光源的均匀性、余弦特性和稳定性。研制的积分球辐射定标光源内径为3000mm,出光面直径为1 000mm。测试结果表明,积分球的最大幅亮度为240.13 W·m-2·sr-1,辐亮度调节范围为371.5∶1,辐亮度不稳定性为0.04%/h,光源出口面非均匀性为1.7%,辐射定标光源的不确定度为5%。     

真空罐内太阳模拟灯阵的控制系统

太阳模拟灯阵采用氙灯作为太阳模拟光源,本文专门设计了氖灯光源控制系统。该控制系统由硬件和软件两部分构成,其中硬件部分由温度采集系统、氙灯触发控制系统、辐照度控制系统3个子系统组成;软件部分实现了整个系统的智能控制,并实时采集存储辐照度数据,调整氙灯电流使其输出辐照度在设定值允许的范围内,实现闭环控制。经过多次试验,均满足太阳模拟灯阵的正常使用,从而验证了控制系统设计的正确性。