基于数字TDI技术的紫外成像系统的设计

为了实现高灵敏度紫外探测,基于600×500元紫外电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD) 图像传感器,创新性地运用软件开窗技术设计了一种基于数字时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)的 紫外成像系统。具体分析了成像系统的噪声来源以及TDI阶数M对成像系统信噪比的影响,并从理论上分析了 采用M阶数字TDI技术对成像系统信噪比的影响。然后详细介绍了在FPGA内部实现数字TDI算法的情况,并给 出了数据采集系统中的上位机交互流程。实验结果表明,基于数字TDI技术的紫外成像系统可以获得较 高的图像对比度和信噪比以及优良的成像质量。     

基于面阵探测系统的扫描成像信息获取方式研究

为了实现对目标进行高信噪比、高时间分辨率的探测,近年来数字时间延迟积分技术(TDI)逐步应用于面阵探测系统。结合自行研制的CMOS探测器,搭建测试平台,对面阵探测系统的扫描成像方式进行深入研究。重点针对数字时间延迟积分技术(TDI)对面阵探测系统信噪比提高的分析,结合试验研究系统信噪比提高倍数与数字TDI级数M的关系,并对探测系统时间分辨率与数字TDI级数M的关系进行讨论。引入数字TDI及多帧叠加两种图像信息获取方式的对比,分别对特定目标获取图像的噪声特性及非均匀性对比分析。     

基于CMOS图像传感器的多斜率积分模式

CMOS图像传感器由于器件本身的特点,相比CCD传感器,其动态范围较小。以CYPRESS公司生产的高性能CMOS图像传感器IBIS5-A-1300为研究对象,对其多斜率积分原理进行研究,提出了采用同步快门多斜率积分的方法来扩展CMOS图像传感器的动态范围。以FPGA+DSP为系统的硬件处理平台,给出了多斜率积分驱动时序的具体设计思路和方法,并在QuartusⅡ7.0环境下对所设计的驱动时序进行功能仿真。采用所设计的多斜率积分时序驱动,将CMOS图像传感器的动态范围由原来单斜率积分模式下的64 dB扩展到了90 dB。实验结果表明,采用多斜率积分模式可以实现动态范围扩展的要求。     

脉冲激光辐照CMOS相机的图像间断现象及机理

为了研究脉冲激光辐照CMOS相机时拍摄图像产生间断现象的原因,利用1 064 nm脉冲激光对卷帘快门式CMOS相机进行了辐照实验。在获得的图像中观测到了间断现象,表现为垂直方向上的亮区和暗区,计算表明各帧图像中暗区的行数为固定值。根据CMOS图像传感器积分方式和扫描机制,分析了图像间断现象的形成机理为卷帘快门式CMOS存储的不同时性。理论计算结果与实验结果一致,并理论分析了完全无暗区图像存在的原因。提出了基于多帧间断图像采用拼接手段获得完整连续图像的方法,得到的图像与直接拍摄图像基本一致。     

阵列型图像传感器模数转换技术

阵列型图像传感器的信号读出方式对整个传感器的性能有较大的影响。在新型的数字化图像传感器中,光电信号的多路传输在数字域实现,实现了信号的无损传输,提高了图像传感器的通道隔离度及抗干扰能力。模拟数字转换器(ADC)是数字化图像传感器的重要组成部分,其性能对整个成像系统的性能有重大影响。以阵列型图像传感器对ADC的要求入手,分析了ADC各性能参数对阵列型图像传感器性能的影响,介绍了数字化图像传感器的各类结构及适用于阵列型图像传感器的不同ADC及其实现方式。CMOS工艺技术的发展使得像素级ADC技术进入实用化阶段,像素级ADC技术可以利用数字积分技术有效提高图像传感器的动态范围,使得光电信号积分及多路传输都在数字域进行,极大地提高了图像传感器的性能。     

基于LUPA4000图像传感器扩展动态范围方法研究

基于CMOS图像传感器LUPA4000,对双斜率光积分进行研究。选用Altera公司的EP3C25Q240C8N作为硬件设计载体,使用VHDL语言对LUPA4000像素内部驱动信号进行描述,并采用QutartusⅡ软件对所做的设计进行功能仿真,最后采用基于LUPA4000的相机系统,实现了同步快门模式下的双斜率光积分操作。实验结果表明,双斜率光积分有效扩展了普通线性转移成像器的光学动态范围,提升了成像质量。     

中波红外数字域640×8 TDI成像系统设计及验证

时间延迟积分(Time Delay Integration,TDI)探测器被广泛应用于弱光成像和航天遥感等领域,这种探测器能够在保持空间分辨率和平台运行速度的条件下有效提高探测器的等效积分时间,提高系统成像质量和探测率.近年来,红外数字域TDI探测器因具有动态范围大、积分级数连续可调和高帧频等优点而受到越来越多的关注和研究.通过对红外数字域TDI技术进行原理分析和数字系统设计,结合国产640×8中波红外数字域TDI探测器设计成像系统进行性能的分析及验证,重点研究了红外数字域TDI探测/成像系统的盲元补偿、非均匀校正、像元调整、时间延迟累加和过采样等关键技术,为未来红外数字域TDI探测器在空间遥感中的应用提供了技术支持.     

行间转移CCD的时间延迟积分调光方法

针对航空航天相机工作时由于曝光时间导致的图像质量下降问题,提出了行间转移面阵CCD的时间延迟积分(TDI)调光方法。选择行间转移面阵CCD KAI-16000作为成像器件,设计并完成了成像系统,利用FP-GA控制行间转移面阵CCD的驱动信号模式,将普通电子快门调光方法与TDI调光方法相结合,完成实时调光。实验结果表明:该成像系统无需延长曝光时间,依靠改变TDI工作模式下积分级数,解决了由于曝光时间不足导致的图像质量下降问题,图像信噪比(SNR)从13.22dB增加到33.74dB。     

16级模拟电压域CMOS-TDI传感器读出电路

为了提高推扫(Push-Broom)成像系统的信噪比(SNR),提出了一种可以在模拟域下实现时间延迟积分(Time-Delay-Integration,TDI)功能的CMOS-APS读出电路。区别于以往的数字域算法TDI,在模拟域下累加可以获得更小的噪声和较慢的ADC读出速率。读出电路主要由像素阵列、TDI累加阵列、电荷放大器、S&H单元和行列选择逻辑单元等部分构成。通过与外部FPGA生成的时序逻辑相配合,实现了TDI电压信号的累加。分析了主要单元的噪声源大小和抑制方法,并在CSMC 0.5μm工艺下完成流片,最后通过Labview等测试系统测量了相应的探测器指标并验证了SNR与TDI级数的关系。     

数字域斜模态时间延迟积分技术

为了实现遥感图像超分辨目的,提出数字域斜模态时间延迟积分(Digital Domain Tilting Model Time Delayed and Integration,DT-TDI)技术。对技术过程所涉及的数字域TDI技术、倾斜采样成像理论、数字域斜模态TDI技术等分别进行分析与研究。首先,构建通用的数字域TDI模型。之后,利用倾斜采样成像思想,构建适用于不同倾斜角度下的DT-TDI模型。然后,以45°倾角对模型进行实验验证,获取该角度一定姿轨条件下的序列低分辨率图像。最后,通过超分辨算法对具有亚像素位移的低分辨率图像序列进行超分辨重构,获取高分辨率图像。实验结果表明,DT-TDI技术可在不同倾斜模态下进行稳定成像,45°倾角时获取的低分辨率图像亚像素位移误差约15%,基本满足超分辨重构需求。重构后图像分辨率明显提升。