一种提高光谱仪中线阵CCD信噪比的方法

分析了CCD延长积分时间后各像元光生电荷的变化及其相互之间的影响。在此基础上,结合CCD输出信号的信噪比随积分时间延长而提高的原理,提出了根据CCD各像元接收到的光照度不同而采用不同积分时间的方法,即分段积分法。该方法的显著特点是,可以允许CCD中部分像元达到饱和。实验测量的结果表明,该方法可以有效抑制随机噪声,提高信噪比,并且有利于扩大CCD的光谱测量范围.     

基于红外相机积分时间的辐射特性测量精度分析

在进行辐射特性测量时,红外相机积分时间的选取是影响特性测量精度的重要因素。针对该问题,以辐射特性测量实验数据为基础,对同一温度、不同积分时间下的红外图像对比度、信噪比以及辐射特性测量精度进行了分析。结果表明,积分时间通过影响红外图像的对比度和信噪比进而影响了辐射特性测量精度。适当延长红外相机的积分时间,可以增强图像的对比度和信噪比,从而提高辐射特性测量精度。该结果对红外辐射特性测量系统相机积分时间的选取具有指导意义。     

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。     

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。     

积分时间和级数分别可调的TDI CCD驱动器

在分析TDI CCD器件驱动时序关系的基础上,设计了积分时间和级数分别可调的驱动时序发生器.作为卫星上的有效载荷,TDI CCD成像系统可以根据不同的光照条件及探测分辨率的需求,选择不同的积分时间和级数,提高成像系统的灵敏度和信噪比.选用现场可编程门阵列(FPGA)作为硬件设计平台,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行硬件描述,采用QuartusⅡ对所设计的驱动时序发生器进行了仿真.系统测试结果表明,所研制的驱动时序发生器可以满足高分辨率TDI CCD相机的驱动要求.     

用像元重叠采样提高CCD成像分辨率的方法

使用两种电子变焦方法,进行了不同空间分辨率、不同环境条件下图像的模拟。通过 对两种模拟方法效果的比较,提出一种提高CCD成像分辨率的方法,在不改变CCD像元尺寸的前提下,使各相邻像元对应的地面采样目标进行部分重叠,达到提高CCD成像分辨率的目的。     

基于单像元多点采样的CCD信号采集电路

为抑制电荷耦合器件(CCD)读出信号噪声并确保信号完整性,提高微弱拉曼光谱信号的信噪比和光谱准确性,采用了一种单像元多点采样的CCD信号采集新方法。分析了背照式CCD面阵传感器在线性合并(line bining)操作下的时序特点,设计了完整帧信号捕捉算法和单像元多点采样的信号采集电路,完成了采集电路的控制逻辑设计。测试实验结果表明,采用该采集方法设置任意的积分时间,均可捕捉到一帧完整的光谱信号;与常规相关双采样方法相比,其信号均方差可降低51%~63%,极大地抑制了CCD探测器噪声。应用该电路成功采集了人体血液的拉曼光谱信号。     

面向深空探测的CCD多像元合并设计与验证

在火星矿物光谱分析仪中采用模拟4像元合并,可以使仪器应对深空探测中的复杂环境,从而达到高信噪比与高动态范围的要求。提出了一种新型CDD片上2×2像元合并的驱动方法,并验证了其输出的合理性。针对e2v CCD 47-20芯片,研究了CCD结构并设计了行方向与列方向2像元合并的方法,使之可以通过FPGA控制生成驱动波形。基于CCD片上放大器的结构,通过仿真其行方向两元输出模拟信号模型,得到了四阶梯模型。均匀光照射实验结果表明,得到的4-binning模式下CCD输出信号与仿真结果一致,验证了理论的正确性。其输出电压在600 mV以下范围内表现出了良好的线性变化趋势,证明该方案的合并结果是精确可靠的。     

一种亚像素级图像超分辨恢复算法

随着光学成像到光电数字成像的转变,如何提高CCD的几何分辨率,已成为研制高分辨光电成像系统亟待解决的问题.建立了半像元超分辨成像数学模型,提出了半像元的CCD几何超分辨方法.该方法将2片线阵CCD集成在同一器件中,在线阵方向上错开半个像元,同时读出时间减半,最终交织重组图像数据,以合成高分辨率图像.利用MATLAB软件对双线性插值方法及半像元成像方法进行了仿真,并定性定量地分析了2种方法的效果.结果显示：半像元方法合成图像分辨率约为低分辨率图像的2倍,且2组仿真图像中的PSNR比双线性插值图像分别高出1.486 4 dB和2.207 0 dB.该方法可以显著地减轻欠采样引起的图像模糊,且实时性优于双线性插值方法.     

大视场遥感相机的时间延迟积分电荷耦合器件测试系统

为了在基于多片CCD拼接的大视场遥感相机研制时挑选高性能和性能一致的CCD,提出了一种CCD性能参数测试系统。首先,介绍了该测试系统的各部分组成和功能。其次,阐述了该测试系统的核心部分CCD成像评估电路关键技术,提出了基于电荷泵的CCD时序驱动策略和闭环自动可调电压供电策略。然后,针对多片CCD拼接时主要考虑的一致性参数CCD像元响应非均匀性、盲像元、过热及过冷像元,提出了基于图像处理的CCD性能测试方法。最后,测试系统对XX-X遥感相机的17片CCD性能进行了测试。结果表明,待测的各片CCD参数性能指标均符合项目的设计要求。其中,各片CCD响应非均匀性均小于5%,响应度大于985 V/(J.cm-2),动态范围大于2 320:1。测试系统可以全面地评价待选用的各片CCD性能。