机载紫外DOAS成像光谱仪CCD成像电路的设计及实施

机载紫外DOAS成像光谱仪通过获取大气与地表的折射或散射的紫外光辐射,监测大气痕量气体的分布与变化,其电子学部件的重要组成部分为CCD成像电路。采用帧转移型面阵CCD-47-20为图像传感器,以现场可编辑门阵列（FPGA）为核心控制器的成像电路模块,设计并实现了一套完整的机载紫外光谱仪成像系统。CCD成像电路完成包括CCD驱动时序电路、CCD数据采集电路,接收CCD模拟图像信号产生数字图像信号,将数字图像信号通过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）传输给机载通讯系统等功能。讨论了机载紫外成像光谱仪的设计过程,并重点讨论了CCD成像电路的设计过程。设计的机载紫外DOAS成像光谱仪系统成像分辨率为0.286。实验证明满足大气污染气体的观测需求。     

空间高光谱成像通道可编程技术

随着光学、信号处理和焦平面探测器等基础技术的不断发展,当今在空间运行的高光谱成像仪已可以达到几十至几百个波段,并且具有相当高的信噪比和动态范围,但一般仪器由于数据量偏大,导致遥感作业效率偏低,这在一定程度上限制了它的应用范围,而且高光谱通道数的提高与空间平台的数据传输资源之间的矛盾日益突出.为此,介绍了空间高光谱成像系统中的通道可编程技术,可以较为有效地克服数据传输问题.     

采用CCD的小型光谱仪

CCD元件集成是光谱仪设计过程中一直悬而未解的问题。光谱仪计算机中的许多元件都需要专门的接口插件控制CCD，然而新式小型计算机几乎没有扩展插件的空间。为了简化光谱测量，美马萨诸塞州的Acton研究公司将光谱仪和CCD探测器组合为一个标准组件，并设计了易于连接的USB接口。据有关方面介绍，这些元件的原有市场为激光装置控制。但是，新的InSpectrum系统应进一步拓宽市场，包括工业用喇曼光谱测量、荧光光谱测量、光源特征描述以及半导体等离子体诊断等。对InSpectrum性能起决定性作用的是其浜松CCD探测器，浜松CCD组件非常适…     

星载差分吸收光谱仪CCD成像电路的设计及实施

星载差分吸收光谱仪通过获取地球大气或地表反射、散射的紫外／可见光辐射,监测大气痕量气体的全球分布。载荷使用4片面阵 CCD 作为探测器,对地观测、实时测量紫外可见波段光谱信息。其中 CCD 成像电路是电子学部件的核心,该电路的设计除完成通用 CCD 成像电路功能以外,还针对卫星空间有限和航天元件受限等特殊情况,采用了单板四通道、数字像元合并的方案。本文讨论了载荷 CCD 成像电路的设计实施过程,并重点论述了单板四通道和数字像元合并的设计特点。     

采用帧转移CCD的Smear校正通道恢复饱和图像通道的方法研究

海洋水色遥感应用对光学遥感仪器提出了高灵敏度与高精度的要求.本文研究的可见近红外成像光谱仪采用推扫扫描的方式,从而获得了较高的灵敏度;通过对系统进行杂散光定标和校正实现高精度测量.杂散光校正算法要求图像中所有目标信号不能饱和.由于仪器的动态范围针对水色目标设置,因而大部分图像通道高亮度的云目标信号会饱和,导致杂散光校正算法无法获得较好效果.以一台基于帧转移面阵CCD的推扫式可见近红外成像光谱仪为研究对象,通过分析系统设置的CCDSmear校正通道的成像机理,论证了在不同光源下Smear通道和各图像通道间均存在线性相关性,进而提出了一种利用Smear校正通道来恢复各图像通道饱和信号的方法,为星上高光谱图像的杂散光校正提供有效的数据源,也为饱和图像恢复提供了一种较为可行的方法.     

衍射光学成像光谱仪

衍射光学元件(简称DOES)具有多种应用.用作透镜,在原理上色差非常大,若不在设计上做出补偿,则会限制其在宽波段上使用.美国光量子中心罗姆实验室的DeniseLyons在1995年4月国际光学工程学会上,提出一种新颖的结构,利用透镜的这种特性设计出用于可见或红外光谱范围的成像光谱仪而不影响其性能.由DOE元件形成像和色散,利用单色光CCD沿光轴方向对所需波段的成像范围进行扫描.每一探测器都位于相     

干涉成像光谱仪高速数据采集存储的研究

在工业控制领域,实时数据采集是一个基本而且重要的环节.如何提高数据采集的实时性一直是工控技术人员所关心的问题,本文介绍了基于32位高速数据采集板7300A的干涉成像光谱仪高速数据采集系统,详细阐述了在Windows NT下用VC 6.0实现高速数据采集、存储与实时显示过程.在实现过程中采用了多线程、定时器、双缓存等技术,保证了数据采集、存储与显示的稳定性、实时性.     

微型光谱仪的CCD检测系统设计

论述了一种基于高灵敏度CCD的光谱检测系统设计方案和实现方法。该设计方案充分发挥了CPLD器件与USB2.0接口芯片紧密配合使用所形成的强大功能优势,避免了单独使用单片机器件,有效降低了系统功耗并减小了PCB板尺寸。通过对关键技术问题的分析解决,设计并实现了具有高精度、低功耗、微型化和集成化等特点的微型光谱仪CCD检测器。     

帧转移型面阵CCD成像模型与仿真

基于帧转移型面阵CCD的成像原理,探讨了光电转换、电荷转移和电荷检测三个成像阶段存在的一些关键性问题,如像元响应的不一致性、相机抖动、电荷转移效率、帧转移模糊等,建立了相应的数学模型,并利用VC++6.0开发平台搭建了一整套CCD成像仿真系统。最后利用实验的方法,通过改变转移效率、曝光时间等CCD成像参数,分析比较了仿真结果。实验表明,该数学模型与面阵CCD器件成像过程较为吻合,仿真系统准确度较高。     

基本CCD成像系统的硬件电路设计

在了解基本CCD成像系统组成原理的基础上,以RJ2421AB0PB型CCD及其可用配套芯片IR3Y48A1与LR38603A为例,介绍了组成系统的主要器件及其功能,在从原理图的信号分析到PCB图的布局布线要点等方面描述了基本CCD成像系统的硬件电路设计流程,并给出了应用该电路拍摄的实物效果图。     

程控放大与程控滤波电路设计

叙述了利用８９Ｃ５１单片机对测量放大器的放大倍数与低通滤波器的截止频率进行智能化控制的基本原理,并同了硬件设计电路原理图。     

基于FPGA的面阵CCD图像采集系统

根据采集系统将应用于的工业测量环境的要求,在详细分析SONY公司ICX618面阵CCD(Charge coupled Device,电荷耦合元件)驱动时序及ADI公司AD9949片寄存器配置的基础上,设计图像采集硬件系统。采用一种插值算法,恢复Bayer格式滤波阵列获得的RAW数据,并通过Cameralink接口传至上位机实时显示。整个系统选用FPGA实现控制,使用Verilog HDL对硬件时序进行描述仿真。     

海洋成像光谱仪信噪比研究

为实现海洋遥感卫星高光谱分辨率及弱目标的探测需求,需要在窄谱段内、低照度下实现高信噪比.通过对成像光谱仪信噪比的推导,建立了成像光谱仪信噪比的评估模型.利用成像光谱仪的光学透过率、光栅的衍射效率、CCD器件的量子效率、CCD暗电流、读出噪声,以及视频噪声等,对海洋水色谱段、中心波长处、典型辐亮度下、5 nm光谱带宽内的系统信噪比进行仿真分析.最后,对系统信噪比进行了测试.测试结果表明:仿真分析正确,此成像光谱仪信噪比可达到60 dB.     

可见近红外线阵CCD光谱仪设计

为了满足快速光谱测量工作的需要,设计了可见近红外瞬态光谱仪。介绍了仪器的主要技术指标,对影响仪器性能的关键单元进行了分析。光谱仪光谱分辨率达到0.4nm,最小积分时间2ms,谱面30mm不平直度0.028mm。现场使用表明,所设计的光谱仪能满足实际工作中的需要。     

4路长积分时间CCD成像电路的设计与实现

基于CCD47-20和CCD55-30探测器设计了一种4路探测器成像电路。由于积分时间长,该系统可以在弱光条件下实现高灵敏度成像。建立了探测器的驱动电路模型,分析了CCD探测器对驱动的要求,以选择合适的驱动芯片;在分析探测器噪声特性的基础上,通过相关双采样法和合理的滤波器设置抑制了电路噪声。针对4路探测器信号处理电路之间的串扰问题进行了分析和对比,为合理的PCB布局布线提供了参考。该成像电路与商用镜头搭配使用后已成功获取了微光条件下的低噪声外景图像。     

用于高分辨率光谱仪的离轴三反射镜光学系统的设计

面对空间遥感,尤其在目标特性的精细化识别中,要求成像光谱仪具有高灵敏度、高光谱分辨率与高能量通过力等优点．在同轴三反射光学系统的基础上,采用视场离轴方式,设计了一个三镜无遮拦全反射光学系统．次镜和光阑重合,无中间像,实现了高分辨率、大视场、长焦距的要求．光学系统的基本参数为：焦距f’=1600mm,视场角为2w=18°×0．148°,相对孔径为1／10,3个反射面均为二次曲面．设计结果表明,成像质量接近衍射极限,用此方法设计的光学系统在航天遥感领域具有很好的应用前景．     

电子倍增CCD驱动电路设计

提供了一种针对电子倍增CCD(EMCCD)驱动电路的设计方案。通过FPGA编程产生符合EMCCD时序要求的信号波形,采用EL7457高速MOSFET驱动芯片对FPGA输出信号进行电平转换以满足EMCCD驱动电压要求,并由分立的推挽放大电路驱动高电压信号,输出电压20~50 V可调,像素读出频率达5 MHz。实验结果表明,该驱动电路能够使EMCCD正常工作输出有效信号。     

高速可编程定时器电路的设计

介绍了一种高速可编程定时及其系统设计，电路设计和版图设计。该器件采用３μｍ ｐｎ结离工艺制作，经测试其最高工作频率大于１０００ＭＨｚ，在－５．２Ｖ电源电压下，功耗电流小于３０ｍＡ。实现了超高速大规模集成。