多TDI-CCD拼接相机非均匀性校正方法

针对多TDI-CCD拼接相机成像存在非均匀性问题,开展了对拼接相机输出图像片内及片间综合校正算法的研究。首先,结合CCD相机特性,介绍了TDI-CCD的工作原理以及拼接相机非均匀性的产生机理。然后,分别对拼接相机片内及片间非均匀性校正的原理进行分析,提出了片内采用两点法校正、片间采用比值平均校正的综合校正算法。最后,对片内及片间综合非均匀性校正的参数标定及校正方法进行了探讨;实验结果表明,在原拼接输出图像存在8.4%非均匀性的条件下,采用片内与片间综合校正法校正后,图像非均匀性达到2.7%。该校正方法基本满足了对TDI-CCD拼接相机非均性校正的指标要求,算法有效实用。     

多TDICCD拼接相机成像非均匀性实时校正的硬件实现

提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现的成像非均匀性实时校正算法来解决遥感多时间延迟积分(TDI) CCD拼接相机存在的问题.首先介绍了拼接相机成像非均匀性(PRNU)的定义及其产生的原因,然后针对拼接相机的特点,提出了一种通道内用两点定标法、通道间用增益平均法、片间用自适应场景补偿法的复合非均匀性校正算法...     

复杂场景机械交错拼接遥感相机在轨相对定标

为了实现机械交错拼接型(TDICCD)遥感相机高频次、高精度相对辐射定标,本文提出一种面向复杂场景的在轨非均匀性校正方法。该方法在相机绕偏航轴旋转前后进行正交二次成像,利用所获取的偏航成像数据、常规成像数据分别对阵列内、阵列间探元进行相对定标;结合复杂场景宽辐射动态范围的特点,利用多点曲线拟合的方法实现相对定标参数解算,最终达到非均匀性校正的目的。利用仿真成像数据对均匀场景以及复杂场景进行相对辐射定标试验,结果表明,在非均匀场景中经复杂场景正交二次成像定标(OSICCS)后图像非均匀性NU系数相较于常用方法定标后图像非均匀性NU系数降低了0.499 1%以上,条纹条带噪声以及残余条带噪声得到有效去除。     

红外成像系统的非均匀性实时校正

针对红外相机系统响应非均匀性所产生的竖条纹固定噪声,提出了基于多线程优化的单帧红外图像非均匀性实时校正算法。该算法参考全变分理论的非均匀性校正算法确定噪声与图像输出之间的加性校正关系,建立了描述条纹噪声的数学模型;通过滤波算法将图像分为高频分量和低频分量,运用建立的条纹噪声模型,基于最小二乘法从高频部分中拟合出条纹噪声。最后,使用全变分理论确定的加性关系对图像进行校正。为了提高算法的计算速度,运用多线程技术对算法进行了优化。对提出的算法与MIRE(Midway Infrared Equalization)算法及传统双边滤波算法进行了图像质量评价和性能对比。结果显示:本文算法使图像非均匀性较原图降低了3%;算法效率与MIRE算法无异,系统运行时间在320×256的14位红外图像上为1.5ms/frame,达到了工程标准。     

星上时间延迟积分CCD拼接相机图像的实时处理

提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的时间延迟积分(TDI)CCD图像实时处理方法以提高拼接成像系统输出图像的质量和视觉效果。首先,对TDICCD成像系统进行像元级非均匀性校正,去除像元响应差异、固定图形噪声和暗电流噪声;对图像进行了基于行极值的自适应中值滤波,去除了图像中的随机噪声和脉冲噪声。然后,对噪声处理后的图像进行图像增强,通过提取图像的低频和高频成分,实现图像细节信息的调整和对比度增强。最后,采用基于行的分段线性拉伸方式,提高图像的动态范围。设计了基于FPGA的TDICCD成像系统的图像实时校正处理结构,分析了算法占用的资源、算法计算误差和可靠性等指标。实验结果表明,提出的图像实时处理结构将图像输出信噪比均值由48db提高到52db,图像非均匀性由3.41%降低到1.73%,图像的对比度显著增强,其动态范围提高了6%.     

遥感相机焦面CCD机械拼接中重叠像元数的确定

针对推扫式遥感相机前后摆成像中焦面拼接的CCD其像片间出现视场漏缝的问题,提出了一种焦面CCD的非均匀重叠像元数机械拼接方法.首先,构造了相机前后摆的成像原理模型;接着,分析了CCD间产生地面视场漏缝的原因,并依据模型推导出相机前摆和后摆时各CCD视场间漏缝大小的数学公式,从而得到各片间容许的最少重叠像元数量公式.在此基础上,进一步给出了后续电子学图像拼接与配准中片间重复像元数的函数形式,为实现图像无缝拼接提供了软件实现依据.分析表明,该方法的理论误差ε小于一个像元尺寸,即|ε/D|＜1.最后,给出了工程应用实例.     

星上CCD成像非均匀性的实时校正

研究了时间延时积分(TDICCD)成像产生非均匀性的原因,基于两点校正算法探讨了星上图像非均匀性实时校正的可行性方案。鉴于工程一体化设计的要求,在常用的CCD时序处理器FPGA上实现了硬件实时校正。通过对相机均匀辐射定标,利用FPGA读取前32行TDICCD图像数据进行非均匀性等效灰度值(NUEDN)计算,根据工程经验,设定当NUEDN2时对数字图像进行非均匀性实时校正。硬件实时校正结果表明,均匀辐照下NUEDN可降至0.29。实验室动态目标滚筒成像试验表明,实时校正后TDICCD推扫成像均匀光滑,满足工程需要。     

测绘相机焦平面CCD交错拼接中重叠像元数计算

针对采用焦平面CCD交错拼接方式的测绘相机会由于存在交会角而产生视场拼接漏缝问题,本文在考虑交会角和相机无侧摆的前提下提出了一种焦平面CCD重叠像元数算法.首先,根据测绘相机成像原理建立了前视相机成像模型,分析了产生视场漏缝的原因.接着,推导出在CCD数量为奇数和偶数两种不同拼接形式下的地面视场重叠及漏缝大小的数学表达式,进而得到了不产生漏缝时CCD片间最小重叠像元数计算公式,并对误差进行了分析.最后,将该算法应用于工程算例,并对比了地球曲率对计算结果的影响.通过算例得到了各CCD片间视场漏缝及最小重叠像元数,其最大值分别为1 141.491 μm,115个.应用本文方法可以近似计算应用交错拼接法的测绘相机焦平面前后排CCD的最小重叠像元数,误差小于1 pixel.     

两通道按列输出CMOS图像的非均匀性及校正方法

为确保航空遥感图像产品相对辐射质量,提出了一种对两通道按列输出CMOS(互补金属氧化物半导体)图像的非均匀性进行校正的方法。以美国仙童公司CMOS探测器CIS2521F为例,通过实验室积分球观测试验研究了暗电流噪声、平均灰度、两通道输出等因素造成的图像非均匀性;然后,基于实验室积分球观测数据,采用两点线性法,校正了由按列放大输出导致的列状条带噪声;接着,通过优化拼接线附近图像灰度差异统计结果,校正了两通道响应不一致造成的图像辐射差异。试验表明,单通道图像非均匀校正使积分球观测图像的平均非均匀度量值由4.4下降至2.4,两通道图像非均匀校正消除了两通道图像的目视差异。原始航空遥感图像经过非均匀性校正后,图像灰度均匀,能够满足遥感图像判读要求。     

多输出CCD接缝校正

针对多输出CCD传感器成像存在接缝的问题,提出了一种基于延时积分（TDI）的校正方法。使用TDI的读出方式对均匀光源成像获得了具有亮度线性渐变的图像数据,建立了获得图像的行平均灰度和行曝光时间关系的模型,通过该模型对CCD每路输出特性进行拟合,校正了CCD多输出的不均匀性,解决了图像接缝问题,并在模拟前端（AFE）完成了校正过程。本方法仅使用一次成像过程,避免了辐照度调整精度对校正精度的影响。与传统的两点法和多点法（16点）相比,提出方法的输出非均匀性分别减少了2.428%和 1.052%,校正效果明显提高。实验显示：本方法校正精度高,实验工作量低,可以广泛用于多输出CCD的接缝校正中。     

TDI-CCD相机低噪声视频处理技术的研究

建立TDI-CCD相机系统的噪声模型,分析了TDI-CCD视频信号读出复位噪声的产生机理,讨论了相关双采样技术的工作原理。给出了TDI-CCD相机视频处理电路各个组成部分的设计,并进行了分析。在此基础上设计了科学级TDI-CCD相机,实验结果表明,该视频处理电路在本身引入噪声较小的同时,有效地抑制了暗电流、复位噪声、1/f等噪声,数据输出速率在50MHz时,整机信噪比（S/N）在50dB以上。     

TDI-CCD总剂量辐射效应及其测试研究

摘要：对应用于某空间相机中定制的TDI-CCD,为评估空间辐射效应对其成像性能的影响,从器件的电路结构入手,分析了总剂量辐射效应对器件主要性能指标的影响;研究了针对此器件的总剂量辐照实验测试方法并研制了测试装置;对器件进行了60Co γ射线源总剂量辐照实验,定量测试了受辐照前后器件的光电响应性能及对比度传递函数的变化情况。实验结果表明,总辐照剂量达到20kRad(Si)时,定制TDI-CCD的相对响应度、暗电流、动态范围、最大信噪比相对于该器件没受辐照的初始值变化量小于5%,对比度传递函数(CTF)没有明显变化,说明定制的TDI-CCD器件能够满足某空间相机的使用要求。     

TDI-CCD总剂量辐射效应及测试

为评估空间辐射效应对应用于某空间相机的TDI-CCD的成像性能的影响,从器件的电路结构入手,分析了总剂量辐射效应对器件主要性能指标的影响.针对此器件的总剂量辐照测试方法研制了测试装置.用~(60)Co 对器件进行了γ射线总剂量辐照实验,定量测试了受辐照前后器件的光电响应性能及对比度传递函数的变化情况.实验结果表明,总辐照剂量达到20 krad(Si)时,定制TDI-CCD的相对响应度、暗电流、动态范围、最大信噪比相对于该器件没受辐照的初始值变化量均小于5%,对比度传递函数(CTF)没有明显变化,说明定制TDI-CCD器件能够满足某空间相机的使用要求.     

TDI-CCD图像传感器的噪声分析与处理

为提高TDI-CCD的工作性能,根据TDI-CCD器件的工作原理,较完整地分析了TDI-CCD图像的噪声组成,给出了其噪声的详细分类。TDI-CCD 的噪声主要来自两个方面,一个是TDI-CCD器件本身所固有的噪声,如霰粒噪声、非均匀性噪声、暗电流噪声、固定图形噪声、转移噪声等,另一个是TDI-CCD工作过程中的各种噪声干扰,如复位噪声和1/f噪声等。根据各种噪声的特点,提出了相应的噪声处理技术,并针对KTC噪声,给出了双相关采样电路处理方式,提高了器件的信噪比,输出信噪比达到53.8 dB。     

科学级CCD相机的噪声分析及处理技术

为了降低科学级CCD相机的噪声,提高相机的成像质量,针对不同的噪声源,根据相应的噪声产生原理,设计了实用的噪声抑制电路和处理电路.应用于选用DALSA IL-E2型TDI-CCD 图像传感器自己开发的科学级CCD 相机,有效地降低了暗电流噪声,消除了复位噪声对真正信号的影响,使相机的成像质量得到提高.通过实验证明,该科学级CCD相机的输出信噪比能达到50 dB.     

宽动态范围红外测量系统的快速非均匀性校正

宽动态范围的红外辐射特性测量系统往往预设多个积分时间档位,并对每个积分时间逐一进行非均匀性校正。本文研究了不同积分时间下非均匀性校正系数有的差异问题,基于黑体定标法和积分时间法提出了新的非均匀性校正方法。该方法只需要得到两个积分时间和两个定标温度点即可得到全动态范围所有积分时间下的非线性校正系数,可在保证校正精度的同时减少辐射源温度点,降低校正时间。使用某Φ400mm口径的地基红外辐射特性测量系统对该方法进行了验证。结果表明,采用本文方法后图像的非均匀性由3.78%减小到0.24%。由4ms下的校正数据可知,得到的校正结果接近直接用该积分时间进行校正的精度。提出的方法简化了所需设备,降低了校正时间,具有实时性强、精度高等特点,适用于外场测量。     

一种面向球姿态检测的图像透视畸变校正方法

针对球姿态视觉检测中图像的“近大远小”透视畸变问题,提出了一种面向球姿态检测的图像透视畸变校正方法。基于相机成像模型分析了透视畸变的特点及产生原因,根据已知的球体特征模型、相机标定技术和逆透视变换原理构建了图像透视畸变校正模型,进而实现球体任意姿态图像的透视畸变校正。实验结果表明,利用该方法测量直径60 mm以内的球体姿态时平均绝对误差低于0.6°,且该方法适用于工业生产中球体的其他视觉测量。     

TDI-CCD图像传感器中电荷包总转移效率分析

TDI-CCD传感器水平和垂直移位寄存器电荷包转移过程是TDI-CCD传感器所实现的光电转换过程中的一个重要过程。针对TDI-CCD图像传感器中电荷包的转移损失问题，首先给出了TDI-CCD传感器电荷包转移过程的的功能框图，然后，通过对水平和垂直移位寄存器中电荷包转移过程的严格、详细分析，建立了水平和移位寄存器中电荷包转移效率的数学模型。最后，建立了TDI-CCD图像传感器的电荷包总转移效率的数学模型，给出了电荷包总转移效率的表达式。