嵌入式系统的制冷CCD相机

根据天文摄影中CCD的工作特性,提出了基于嵌入式技术制冷CCD相机的新方法,以ARM微处理器为硬件平台设计了嵌入式制冷CCD相机,并在低照度下的天文观测中取得了良好的效果.基于天文制冷CCD的具体特性和对信号数据输出的要求,选用CXD1267和AD9826分别设计CCD的列转移驱动时序和CCD的水平读出时序.通过微处理器定时中断,实现对CCD制冷温度的实时控制.分析了科学级CCD噪声的种类及来源,通过实验得到了温度、曝光时间与暗电流噪声的关系以及CCD的读出速率与读出噪声的关系.进而在硬件和软件上采取了相应的措施有效地降低了CCD的噪声.     

红外探测器探测率的研究与分析

在介绍了红外探测器的组成与工作原理的基础上,分析了红外焦平面探测器的噪声等效功率、探测率对空间红外遥感器成像性能的影响,对红外焦平面探测器探测率的影响因素进行了深入研究。通过理论分析,探测率测量值受测试条件影响,积分时间、辐射源温度、背景辐射和1/f噪声等因素对探测器探测率的测试结果都有一定的影响。     

科学级CCD三维噪声模型及其评估

为了评估科学CCD噪声带给激光近场分布测量的影响,采用三维噪声模型,分析了科学级CCD的噪声,并将CCD的噪声分解为空间噪声和时间噪声。空间噪声用来评估CCD像元之间响应不一致性对测量的影响,时间噪声用来评估多次测量不一致性对测量的影响。通过设计测量系统对CCD三维噪声进行测量,并分析时空噪声的统计分布规律,发现两者均是依赖于信号、近似服从正态分布,建立了依赖于信号的时空噪声的数学模型,并实验验证了该模型是有效的。     

衍射光学系统红外光谱目标探测性能

衍射光学系统具有大口径轻量化的优点,但其光谱范围较窄,能利用的红外信号能量较小,通常认为采用后会使红外相机的探测信噪比降低。基于衍射光学系统,分析了对地观测红外相机的目标探测性能,结合一个非制冷红外相机信噪比计算示例,明确了在地物背景和目标光谱特性不同的条件下,基于衍射光学系统的红外相机仍可能具有良好的目标探测性能。同时将红外相机等效噪声功率与激光和电子学系统进行对比,提出了红外探测系统的性能还可能进一步提高的观点,给出了一种引入激光本振结合电子学滤波细分红外光谱降低等效噪声功率的方法。     

高温背景下热像仪噪声等效温差测试与分析

阐述了噪声等效温差、传递函数等相关概念,提出了高温背景下红外热像仪的噪声等效温差具体测试方法和实施过程;采用黑体炉,在背景温度825℃下对MCS640型红外热像仪的时间和空间噪声等效温差进行了测试和分析;结果表明,空间NETD为该型热像仪的主要影响。     

TDI—CCD的空间分辨率特性

TDI－CCD的极限分辨率为空间采样频率的一半,且受到像元几何孔径,电荷转移失效率,速度匹配和电荷转移离散运动的影响,在低光照度下,分辨率则将受到噪声限制,TDI级数对分辨率的影响被详细分析,结果表明TDI－CCD具有优良的低光照扫描特性。     

基于任意场景的CCD相机电子学增益测试方法研究

在分析CCD相机噪声特性的基础上,设计了一种用于CCD相机电子学增益测试的新方法。该方法采用任意场景作为测试背景,通过改进算法推导了图像信号SDN和图像噪声σDN之间的线性关系,从而解算出相机的电子学增益。与传统方法采用积分球或EMVA1288标准要求的均匀光源相比,该方法具有操作简便、经济性高的特点。与原有算法进行对比实验,结果表明,该方法能够较精确地对CCD相机电子学增益进行测试,测试重复性高,且有效可靠。     

基于MODTRAN模型计算星载CCD相机信噪比

信噪比表征CCD相机的辐射分辨能力,是评价星载CCD相机图像质量的重要参数。传统的相机信噪比计算方法多为构造模型、推导出计算公式、代入器件参数求解,这样的计算没有考虑相机在轨工作的工作环境,结果值较真实值有显著差距。文中利用MODTRAN模型,对相机在轨工作环境的地面与大气的辐射进行了模拟计算,用实测噪声值代替传统的噪声模型进行计算,最大程度地使计算条件符合星载CCD相机实际在轨工作的情况。还综合考虑了不同太阳高度角、地面反射率条件下CCD相机的信噪比变化情况,量化分析了这些客观因素对CCD相机实拍时信噪比可能造成的影响,该分析对选择星载CDD相机拍摄的季节、时辰有参考价值。     

雪崩光电探测器的噪声抑制技术研究

背景光噪声和探测器暗噪声是影响激光测距系统探测灵敏度的重要因素,根据所选探测器的特性,仿真分析了温度对探测器暗噪声的影响,当温度由60℃降低到-40℃时,探测器噪声等效功率减小1个数量级;同时采用光谱滤波和空间滤波法抑制背景光噪声,从而提高激光测距系统探测灵敏度。仿真计算结果表明,当同时采用降温、光谱滤波和空间滤波方法抑制噪声时,探测灵敏度可提高7.7倍。     

参数设置对噪声等效温差（NETD）测试影响分析

噪声等效温差是一个用以标志红外热成像系统灵敏度的广泛使用的参数.在实际测试中各种参数的设置会对噪声等效温差的测试结果产生较大的影响,主要有积分时间、增益、背景温度等.详细分析了噪声等效温差及各参数的理论模型并在此基础上进行了实验与分析,定量地给出了各参数对噪声等效温差的影响,这为正确测试噪声等效温差提供了重要的参考依据.     

TDI CCD视频响应性能的高精度检测

TDI CCD主要应用于空间遥感和科学实验中,为了解决TDI CCD性能检测过程中精度不够高、检测方法不够准确等问题,提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD性能检测方法。首先,增加TDI CCD视频信号的增益可调范围和视频AD的量化位数,尽可能高地提取出TDI CCD的噪声;其次,改变TDI CCD接收的辐照度,制定TDI CCD各项视频响应性能的检测方法;最后,提出TDI CCD各项视频响应的准确计算方法,确定测量不确定度。实验结果表明:和以前测量方法相比,暗电流信号和CCD噪声的测量不确定度减小了10倍,其他视频响应性能的不确定度也减小了5倍多,因此,现有测量方法提高了TDI CCD视频响应的检测精度和准确性。     

基于SOPC嵌入式系统的CCD摄像机设计与实现

设计并实现了一种基于EP3C40型FPGA的可编程片上系统(SOPC)嵌入式系统的CCD摄像机,使用FPGA完成CCD的驱动时序产生、数字图像统计处理、串口通讯、自动调光及自动增益、快速调光等控制功能.该摄像机具有高灵敏度、低噪声的特点,能适应外界光照条件的快速变化,适用于军事装备、科研以及监控等领域.     

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.     

红外偏振探测系统的作用距离分析

为了分析偏振探测是否有利于提升红外系统目标探测距离的问题,本文以偏振度和噪声的分析为基础,推导了红外偏振探测系统的噪声等效偏振度,进而研究了系统偏振度信噪比与强度信噪比的关系,并结合传统红外强度探测的作用距离模型建立了基于偏振度信噪比的红外偏振探测作用距离模型。根据分析过程,对偏振探测和强度探测的作用距离进行了比较分析,得出了偏振探测优于强度探测的基本条件。     

CCD摄像机新型光控技术研究

以往的CCD摄像机通过曝光时间和信号增益调节光照强度时,二者不能被最优配置运用,难以最大限度的发挥它们的调光功效,特别是对于光照强度变化剧烈,动态范围大的状况,画面不清晰。针对上述不足,将直方图均衡化法进行一定的改进,精确配置曝光时间,优化信号增益系数,实现曝光时间与信号增益的最优化配置。经过实验验证,画面效果得到明显改善,调整时间不超过40ms,系统运行稳定、可靠。     

阈值法对激光远场焦斑质量测量和计算的影响

建立了非稳腔激光束通过大气湍流随机相屏传输至远场焦平面上的光斑强度分布模型,并考虑CCD像素单元对激光能量的离散化积分采样及探测噪声的影响,以峰值斯特雷尔比Rs、环围能量斯特雷尔比Ree和光束质量因子β作为评价远场光斑质量的指标,利用蒙特卡罗法研究了在不同信噪比(SNR)和光斑分布形态情况下,采取四种不同阈值去噪方法对远场光斑质量评价参数计算精度的影响。结果表明,足够的测量信噪比是保证光束质量测量精度的前提,在测量信噪比和光斑分布形态给定的情况下,采取阈值为CCD背景噪声均值,同时保留随机噪声起伏的去噪方法是较为合理的选择。     

光纤陀螺光源误差及消除方法分析

分析了光源强度噪声对光纤陀螺极限灵敏度的影响。分析表明,当光功率大于十几微瓦时,陀螺的等效噪声相位差和极限灵敏度将趋于一饱和值,开环和闭环陀螺的饱和极限灵敏度分别为0.06deg/h和0.04deg/h,不能满足高精度陀螺的要求,必须采取措施进行消除光源强度噪声的影响。介绍了一种光源噪声消除方法,将光源耦合器盲端光束利用起来,利用两路光束中光源强度噪声的相关性,经过适当的增益调节和延时调节,即可将光源强度噪声有效的消除。     

激光主动探测图像散斑自适应滤波抑制方法研究

激光主动照明成像具有作用距离远、系统分辨率高、可在低照度背景等复杂环境下获取目标图像等优点,但探测图像会受散斑噪声干扰.把高斯滤波、均值滤波和自适应滤波方法分别应用到仿真实验中进行散斑噪声抑制,实验表明:与高斯滤波和均值滤波相比,自适应滤波能有效抑制图像噪声,保留图像的边缘和细节信息.利用自适应滤波方法对获取的单帧和多帧累加平均的激光主动探测图像进行散斑抑制实验,使用散斑对比度进行定量分析,结果表明多帧短曝光图像累加平均可有效抑制图像的散斑噪声,自适应滤波可进一步降低图像的散斑噪声.