机载可见-红外超光谱成像仪信噪比的估算

信噪比表征光谱成像仪的辐射响应,是与其图像质量密切关联的重要参数。对于机载超光谱成像仪,在保证光谱分辨率的同时,要求其信噪比达到数百量级。有别于单色相机,光谱成像仪的信噪比估算侧重于获得其工作波段内各波长处的信噪比值。仿真实际的拍摄条件,特别引入了入射狭缝对视场限制所引起的信噪比衰减,综合考虑平台高度、太阳高度角、地面反射率等环境因子,利用"中分辨率大气传输模型"建立光信号的大气传输模型。超光谱成像仪的工作波段覆盖可见、近红外范围,同时使用的两个探测器的噪声需分别予以计算。信噪比的估算可作为机载超光谱成像仪总体设计和参数确定的依据。     

HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射性能检测分析

为检测分析HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射探测性能及其辐射定标的有效性,提出了基于多种光学特性地面目标的在轨检测方法。首先,介绍了HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射性能检测方法,并基于2013年HJ-1A/B卫星地面同步观测试验数据,获取了HJ-1A/B星过境时刻的卫星入瞳处等效辐亮度。然后以该等效辐亮度为基准,对HJ-1A/B星CCD相机历次在轨辐射定标结果进行检验,分析HJ-1A/B星CCD相机的在轨运行期间辐射探测性能变化趋势。结果表明：HJ-1A/B星在轨运行过程中,辐射性能在不断发生变化;在轨运行5年多时间里,HJ-1A/B星的CCD相机各波段的辐射性能平均衰变量最低为3.7%,最大为39.6%;为保证遥感数据的定量化精度,定期的在轨绝对辐射定标十分必要。     

基于辐射传输模型的TDI CCD遥感相机信噪比分析

信噪比是定量评价遥感相机成像质量和辐射性能的一项关键指标,信噪比的估算和测试对于遥感相机的研制至关重要.针对TDI CCD相机从辐射传输和能量转换的角度推导了信噪比计算公式,基于大气辐射传输模型MODTRAN 4.0从理论上估算了某遥感相机在各种观测条件下的信噪比,结果表明:在典型观测条件下相机的信噪比不低于20 dB.作为试验验证,利用积分球光源对相机进行了各种照明条件下的信噪比测试,测试结果证实了理论模型的正确性.     

云相机相对辐射定标技术研究

云相机采用阈值法对观测目标区域进行在轨实时云识别。在云判算法中，辐射度量的准确性将会影响最终的反演结果。本文建立了云相机像元响应值与辐亮度之间的信息模型，针对云相机探测器各像元在入射光均匀一致时，输出响应值出现不相等的情况提出了改进措施。首先，根据云相机的信息模型分析了探测器像元响应值不同的原因，建立了云相机的相对辐射定标模型。然后，由于云相机视场角较大，大口径积分球辐射源出射光也难以一次性覆盖所有视场，在实验中设计了分视场测试的方式。最后，根据相对辐射定标模型和分视场测量方式，进行了云相机的相对辐射定标。实验结果表明：云相机对积分球成像结果校正前非均匀性为6%左右，经相对辐射定标校正后，在轨典型信噪比条件下非均匀性达到1.5%以内，低信噪比条件下达到3.25%。定标测试结果满足云相机设计的指标要求。     

天基可见光相机探测距离仿真分析

探测距离是衡量空间目标天基可见光相机探测、识别能力的一项重要指标.本文从辐射度学和光度学出发,通过对目标光度特性、天空背景特性、CCD噪声特性进行计算分析,建立了信噪比模型,信噪比模型是关于探测距离和成像像元个数的隐式.根据Johnson法则中成像像元个数与探测效果的对应关系,得出探测信噪比、探测距离与探测效果之间的关...     

一种CCD相机的视频处理电路设计与噪声分析

为使CCD相机系统能够捕获到高信噪比的图像,介绍了一种视频处理器TDA9965的应用电路设计,简述了其内部组成框图及工作原理。利用某型号TDI CCD作为系统传感器,成功实现了对CCD输出模拟视频信号的量化处理,能够使相机系统完成实时采集图像等任务。同时分析了视频处理器电路设计对相机系统图像信噪比的影响,以电源噪声为干扰源,具体计算了在电路设计不合理和改进设计后两种情况下,CCD相机图像信噪比的变化,并通过试验测试验证,合理的电路设计可以使图像的信噪比提高20 dB以上,从而说明了视频处理电路合理设计的重要性,为高速高信噪比CCD相机的研制提供了技术基础。     

地球同步轨道红外相机的热辐射杂散光集成法

地球同步轨道上的三轴稳定卫星所处的空间环境复杂,仪器背景辐射变化较大。传统杂散光分析法无法模拟非均匀温度场,且无法实时计算仪器背景,仿真误差较大。提出用热辐射杂散光集成法来分析在轨红外相机的仪器背景辐射,通过更趋于在轨真实温度的且具有温度梯度的实时温度场,结合辐射传递因子,计算探测器上的仪器背景辐射以及相机的信杂比。将热辐射杂散光集成法、传统杂光分析法计算信杂比与在轨实测信杂比进行对比,热辐射杂散光集成法误差小于17%,而传统杂光分析法误差达114%。表明热辐射杂散光集成法的仿真结果更趋近于在轨实际情况,仿真效率和仿真精度更高。     

天基红外预警系统扫描相机预警探测能力研究

随着2021年5月第5颗地球静止轨道卫星完成部署,整个天基红外系统所有卫星接近部署完成,其对地的监视能力有了大幅提升。文中在大量查阅有关文献和公开报道的基础上,对天基红外系统所有9颗在轨卫星的扫描相机进行了综合性能分析。首先,根据扫描相机的探测器体制以及飞行轨道特性,对其扫描成像体制进行分析,计算获得了所有9颗在轨卫星扫描相机的光学系统参数、探测器参数、地面分辨率、灵敏度等关键参数的估计值。其次,对天基红外系统大椭圆轨道卫星的飞行特性及其对地监视任务的综合分析研究表明,其最优在轨运行方式为两两同步,且单个轨道两颗卫星相差1/4周期;对天基红外系统地球静止轨道卫星的飞行特性及其对地监视任务的综合分析研究表明,东北半球中纬度地区至少有两颗卫星处于优良对地观测位置。最后,根据弹道导弹尾焰辐射特性以及天基红外系统扫描相机的探测参数,计算分析了所有在轨卫星对导弹尾焰最低观测高度,结果表明:东半球北纬40°地区,可同时被4颗以上卫星监视,且部分星载相机具备弹道导弹的点火时刻探测能力。     

激光主动成像系统探测距离的计算与仿真

为了准确计算主动成像系统的工作距离,利用激光照明模型,根据成像过程中影响系统成像质量的因素,建立了激光主动成像系统的信噪比模型。根据相机发现识别目标所需要的信噪比阈值,脉冲激光器I、CCD接收器的性能指标,大气消光系数等参数,推导出激光主动成像系统的工作距离公式。利用工作波长为0.532μm的脉冲Nd∶YAG激光器,CCD相机,以及基于CPLD技术设计的距离选通同步控制板,进行了主动成像实验,并且完成了系统探测距离的计算与仿真。     

新的相机交会角在轨标定方法

提出了一种新的在轨标定相机交会角的方法,该方法不同于目前广泛采用的摄影测量中的后方交会。以三线阵CCD测绘相机为例,通过对其工作原理的分析,建立了求解相机交会角的几何模型,并利用天绘卫星三线阵影像数据进行了相关试验。结果表明,该方法可行,计算结果精度较高,与摄影测量方法所得结果非常接近。同时,计算分析了定轨精度和地面控制点精度对相机交会角精度的影响。相对于摄影测量的方法而言,该方法理论简单,易于理解,可进一步应用于高分辨相机和多光谱相机离轴角的在轨标定,具有重要意义。     

基于Matlab的计算机视觉测量中摄像机标定方法研究

本文以视觉测量系统中的摄像机标定为研究对象,以物体在摄像机上所成的像与物体实际的形状之间具有一定的函数关系为基础,以获得该函数参数为目的用Matlab进行摄像机标定。该方法利用了Matlab的工具箱及VC＋＋6.0编译软件,设计标定方法及软件程序,方便准确的完成了单摄像头标定和双摄像头的立体标定,得出摄像机的内部参数和外部参数,简化了标定求解过程,提高了标定速率,并具有良好的移植性,适合于其他视觉测量系统。     

CCD区域倍频读出及其对成像的影响

在某空间项目中,需要使用一款指定的CCD传感器研制一套用于空间成像的CCD摄像机系统,并且要求图像的帧频高于CCD传感器的标准帧频。简单的超频读出CCD会使摄像机的信噪比下降。文中首先分析了CCD摄像机在空间条件下影响成像信噪比的多种原因,发现读出噪声对输出图像的信噪比影响是最大的。使用区域倍频读出方法来提高CCD摄像机的输出帧频,即在图像的水平和垂直方向都使用4倍的时钟读出部分像元。最后把区域倍频读出CCD的图像信号和整体超频读出CCD的图像信号进行了信噪比对比检测,测试结果表明区域倍频读出的CCD图像质量较好。     

CCD信号自适应采样方法的研究和实现

由于受温度变化和器件老化影响,空间遥感相机焦平面CCD信号的相位会发生变化,尤其是在高速应用领域,利用传统方法定标确定并固化的采样点参数不再适用,极大影响了图像信噪比,甚至造成图像不能正常显示。提出了一种针对空间相机焦平面CCD信号采样位置的自适应调整方法,通过实时监测CCD信号的相位变化,计算相应的采样位置调整量,并在线调整了采样时钟的相位,使CCD信号采样位置在其使用寿命期限中不同的温度环境下均能保持最佳状态,从而保证图像信噪比的稳定。实验表明:利用该方法,可以实时测定CCD信号100 ps的相位变化,并实时完成采样位置的调整,即使工作温度大范围变化,CCD信号采样位置的最佳状态也可得到有效保证。     

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。     

基于EMCCD和CMOS的天基微光成像

电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)利用电荷雪崩机制可以实现低于1e-的读出噪声,适用于微光成像。随着背照式CMOS成像探测器技术的发展,具有高量子效率和低于1.5e-读出噪声的CMOS成像探测器已中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制成功。针对天基微光成像的需求,分别构建了基于EMCCD CCD201的天基微光相机和基于CMOS的天基微光相机,并建立了系统的噪声模型。对基于EMCCD的天基微光相机和基于CMOS的天基微光相机的微光探测性能和工作机理进行了对比分析。分析结果表明:当采用凝视成像模式,积分时间为2 s,相机入瞳辐亮度为10-9 Wcm-2sr-1m-1时,基于EMCCD的天基微光相机在焦面温度为20℃的条件下的信噪比为23.78,相同条件下基于CMOS的天基微光相机的信噪比为27.42。当采用制冷系统将焦面温度降低至-20℃时,基于EMCCD的天基微光相机的信噪比提高到27.533,而基于CMOS的天基微光相机的信噪比提高到27.79。     

后向散射法测量蒸汽参数的CCD相机接收角优化

为了揭示汽轮机内湿蒸汽的具体参数和实现汽轮机湿蒸汽参数的有效测量,对基于后向散射法及联合CCD相机成像的湿蒸汽参数测量模型,提出了新的CCD相机接收角度,分析了不同散射角度对散射比的影响。结果表明,当散射光接收角度为后向7°时,可获取到最佳的散射比,此时信噪比最强,为最合适的接收角度。通过对后向7°角的散射光强在不同尺度分布参数K、水滴群的质量中间半径r-0.5、水滴数密度N下所呈现的变化规律进行分析验证,结果表明后向7°角的散射光强变化趋势与理论变化相吻合,从而为后向散射法测量湿蒸汽参数的研究提供依据。     

核磁共振测井仪中调幅弱信号检测技术探讨

本文探讨了用于检测核磁共振回波信号的数字相敏检波（DPSD）算法的性能。通过理论计算对基于IIR的DPSD算法和累加平均DPSD算法的误差进行了分析,讨论了两种算法与实际测井参数之间的关系。仿真实验给出了两种算法对于提取低信噪比回波信号时的精度,对比了不同滤波时间下的幅频特性,发现两种算法各有优劣,在应用中需要根据实际测井参数和要求选择适当的算法。     

Focused image recovery from two defocused images recorded withdifferent camera settings

Two new methods are presented for recovering the focused image of an object from only two blurred images recorded with different camera parameter settings. The camera parameters include lens position, focal length, and aperture diameter. First a blur parameter sigma is estimated using one of our proposed depth-from-defocus methods. Then one of the two blurred images is deconvolved to recover the focused image. The first method is based on a spatial domain convolution/deconvolution transform. This method requires only the knowledge of sigma of the camera's point spread function (PSF). It does not require information about the actual form of the camera's PSF. The second method, in contrast to the first, requires full knowledge of the form of the PSF. As part of the second method, we present a calibration procedure for estimating the camera's PSF for different values of the blur parameter sigma. In the second method, the focused image is obtained through deconvolution in the Fourier domain using a Wiener filter. For both methods, the results of experiments on actual defocused images recorded by a CCD camera are given. The first method requires much less computation than the second method. The first method gives satisfactory results for up to medium levels of blur and the second method gives good results for up to relatively high levels of blur.     

A high-precision camera operation parameter measurement system andits application to image motion inferring

Information about camera operations such as zoom, focus, pan, tilt and dollying is significant not only for efficient video coding, but also for content-based video representation. In this paper we describe a high-precision camera operation parameter measurement system and apply it to image motion inferring. First, we outline the implemented system which is designed to provide camera operation parameters with a high precision required for image coding applications. Second, we calibrate the camera lens to determine its exact optical properties, A pin-hole camera model with the 2nd order radial lens distortion and a two-image calibration technique are employed. Finally, we use the pan, tilt and zoom parameters measured by the system to infer image motion. The experimental results show that the inferred motion coincides with the actual motion very closely. Compared to the motion analysis techniques that estimate camera motion from video sequences, our approach does not suffer from ambiguity, thus can provide reliable and accurate image global motion. The obtained motion can be applied to image mosaicing, moving object segmentation, object-based image coding, etc     

全景航空相机性能检测系统设计

为实现全景航空相机对地面目标的检测要求,根据其工作原理设计出一套可完成高精度、多参数航空相机的室内检测系统。首先在分析其性能指标和工作原理的基础上,给出了该检测系统的总体方案。详细设计了系统的主要组成部分:远目标模拟系统即大视场平行光管,动态图形发生系统等结构。提出平行光管和动态图形发生器核心参数的测试方法后,对所设计的检测系统进行实际测试,结果显示其整体性能满足所提设计要求。