CCD像素响应不均匀的校正方法研究

在机器视觉的应用中,人们习惯认为CCD输出的像素灰度值反映了目标的图像信息,因此大多数情况中忽略了灰度值的标定,但由于CCD中存在的暗电流和像素的不均匀性,其上的每个像素在同一辐照度下形成的灰度值,并不相同,所以在光学精密测量过程中,需要对CCD各像素的灰度值进行校正,使其在相同辐照度下,输出确定的灰度值,以便反映目标的正确信息。文中通过对造成CCD像素灰度不均匀的原因详细分析,提出了一种基于最小二乘法的CCD非均匀的校正算法,该算法通过求取期望灰度值和辐照度的关系参数,推导出了像素的补正参数。仿真表明,该方法能有效地校正CCD像素的非均匀性。     

CCD像素响应非均匀的校正方法

分析了造成CCD像素灰度不均匀的原因,提出了一种基于最小二乘法的CCD非均匀校正算法.在不同辐照度下,采集每个像素的灰度值.用最小二乘法估计出辐照度和期望灰度值的对应关系.计算出每个像素的校正参数,形成CCD的校正矩阵.最后,对每个像素的实际灰度值进行校正,实现了在同一辐照度下,各像素灰度响应的一致性.校正前,各像素灰度值的最大偏差为76.5;采用该方法校正后,像素的灰度值最大偏差只有0.001 08.实验结果表明:该方法有效地校正了CCD像素响应的非均匀性.     

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相机系统响应非均匀性校正

本文分析了该TDI CCD相机系统响应非均匀性产生的原因,并在分析非均匀性校正算法的基础上,针对线阵TDICCD遥感相机光电响应是线性的这一特点,采用两点定标校正算法,对每片TDI CCD进行了校正,得到了每一片TDI CCD的每一个像元的校正系数并给出了校正前后的统计特征.     

不同光照条件下数字CCD相机响应不均匀性研究

数字CCD相机光电输入输出响应不均匀特性是其用于光束远近场能量分布测量的重要参数,因此研究数字CCD相机的响应不均匀性,是保障激光参数测量系统测量精度的关键技术环节。从理论上分析了数字CCD相机光电响应不均匀性的原因,通过建立数字CCD相机响应不均匀性测试系统和三维模型,推导出了数字CCD相机相应不均匀性的计算公式,对数字CCD相机的响应不均匀性进行测量与分析,给出了测试系统的结构框图和部分测试结果。     

数字X光影像不均匀性的线性校正方法

针对数字X光成像仪(CR)中光纤排不均匀性引起的图像畸变,提出了一种线性校正方法.该方法采用典型的线性校正因子对图像畸变部分的灰度值进行校正,使原畸变图像在灰度值较小的地方,乘上一个大于1的校正因子;在灰度值较大的地方,乘上一个小于1的校正因子,校正因子的大小与该处灰度值偏离理想灰度值的大小成反比.实验结果表明,该方法能够使光纤排不均匀引起的图像畸变得到很好的校正.     

小孔夫琅和费衍射法标定CCD光电响应特性

对比分析现有的各种CCD光电响应特性标定方法后,引入了利用小孔夫琅和费衍射标定CCD光电响应的方法.推导了该方法中Airy斑的理论相对光强分布I/I0与CCD像素位置n之间的定量关系,完成了对特定面阵CCD光电响应特性标定实验.在数据处理过程中,采用二次曲线拟合法准确获得了灰度曲线的峰值位置,实现了Airy斑归-化理论光强分布曲线与CCD实测灰度分布曲线对准,解决了这种方法的中心对准问题,得到准确的灰度峰值位置n0为404.650 0,获得了特定的CCD光电转换特性曲线.标定结果表明,平均相对误差为0.77%,拟合结果可靠.     

CCD辐射响应函数矩阵的建立与应用

为了能采用物理意义明确的函数式来表述大格式电荷耦合器件(CCD)的性能参数,直观地实现对面阵CCD辐射性能的评价,本文提出利用“辐射响应函数矩阵”概念来表述CCD每个像元的辐射性能参量.首先,分析了该矩阵各元素的物理意义,提出了对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描述方法.其次,对面阵CCD KAI-16000进行辐射性能检测,并利用回归分析计算出各像元的响应系数.最后,以测试结果为例,讨论和描述该矩阵的应用和结果.实验结果表明:该CCD近似成线性响应,通过矩阵函数可以计算出CCD非均匀性为3.1％,暗噪声为3.84.此方法实用,满足对大格式CCD直观表述的要求.     

电荷耦合器件（CCD）应用概述

CCD实质是MOS电容器的新应用,目前国外发展很快,已趋于成熟,应用领域不断扩展。本文主要叙述CCD基本原理及应用概况。     

基于小孔夫琅和费衍射法的CCD光电响应特性标定研究

对CCD的光电响应特性进行标定,是保障CCD测量系统测量精度和系统可靠性的关键技术环节,对系统测量结果有着直接的影响。对现有的各种CCD光电响应特性标定方法进行对比分析后,引入小孔夫琅和费衍射的方法。推导了该法中Airy斑的理论相对光强分布I/I0与CCD像素位置n之间的定量关系,完成了对特定面阵CCD光电响应特性标定实验。在数据处理过程中采用二次曲线拟合法准确获得了灰度曲线的峰值位置,实现了Airy斑归一化理论光强分布曲线与CCD实测灰度分布曲线对准,解决了这种方法的中心对准问题。最终的标定结果经误差分析满足要求。     

红外图像非均匀性实时校正的新技术

介绍了红外图像非均匀校正的基本方法,并以多点校正方法为例,利用DSP硬件具有强大的运算能力及灵活的可编程性,自动完成了图像的非均匀性实时校正.给出了校正系统的构成,描述了校正方法的实现过程.用像元数为128×128的红外焦平面阵列进行了图像非均匀性实时校正实验,并对校正前后的图像进行了对比.实验结果达到了预期目的,表明基于DSP的红外图像非均匀性实时校正系统实现的校正方法简单,效果理想.     

CCD噪声模型的仿真和测试

通过研究CCD(电荷耦合器件)相关电路的各种噪声源,深入分析了各种噪声的特性,建立了CCD的电路噪声模型和数学模型,并通过MATLAB仿真软件对噪声模型进行了仿真,最后把仿真结果与实测噪声信号进行比较,验证了模型的正确性。通过对电路噪声模型的分析,以寻求更好的抑制CCD相关电路噪声的方法。     

基于线阵CCD的水面波松弛率测量方法

松弛率是物理学中的一个重要参数.水面波的松弛率反映了其受扰动后的作用谱恢复到稳态所需的时间长短,因其受到多种海洋学和气象学参数影响很难直接计算.传统的松弛率研究主要是利用波高仪、风压力计、雷达等设备进行数据实测或根据经验值进行参数拟合.文章提出了一种基于线阵CCD的松弛率测量方法.和传统测量松弛率的方法相比,可以稳定工作在不同风浪环境下,并能够同步获得水面波和表面弱流场信息.利用本文所提方法,通过水槽实验对不同风速下的表面波松弛率进行了测量.实验结果与经典模型比较吻合,验证了所提出的方法的有效性.该方法可用于测量风浪环境下波流相互作用理论中表面波受调制情况.     

基于线阵电荷耦合元件静态光场式时栅位移传感器研究

延续前期关于磁场式和电场式时栅位移传感器的研究基础,根据时栅传感器的设计思想,提出并分析光场式时栅传感器的测量原理及实现方案。探索性地提出在静态光场下,用时序驱动的光电探测器构成匀速扫描测量方式,实现将被测对象的空间位移测量转换为时间差的测量。为了验证方案的可行性,用多个线阵电荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)构成圆阵列,实现CCD时栅原理样机设计。将相邻CCD输出信号的时间差变化量与匀速扫描的速度值相乘,经过适当的转换便可得到转轴的角位移大小,并可以判断位移的方向。所研制的原理样机,通过与精度为±1″的圆光栅(ROD880)对比测量,在整周范围内,测量误差控制在±6°以内。为光场式时栅的进一步研究,提供了可靠的理论和实践依据。     

光电测量设备光学系统像面照度均匀性检测方法

提出了光电测量设备光学系统像面照度均匀性的检测方法,该方法首先对被检设备的CCD标定,然后用给出的均匀性检测系统对整机光学系统检测。该检测系统利用积分球产生均匀背景光信号,将光测设备置于积分球通光口处,利用计算机采集CCD图像。根据CCD的标定结果,用两点多段校正算法对采集到的图像进行校正,通过对校正后的图像进行分析,得到像面照度的不均匀度。并且将图像分为多个区域,计算各个区域的灰度与像面中心区域灰度的比值,得出图像的灰度分布,实现了光电测量设备光学系统像面照度均匀性的室内检测。     

Multi-camera interface with novel copositioning

This article reports a multi-camera system to determine the position of an object. By using novel copositioning and cameras in a wide range of orientations and viewing angles, the system solved the problem of dead zones and camera switching errors. When an object was close to a charge-coupled device camera, the system switched to that camera to become the focus by the algorithm. When an object left the optimum range of one camera, the system selected the next suitable camera to be the main detector. The position of the target and the grey level thresholds were continuously recorded and the changes were calculated. This interface system had the advantages of high positioning accuracy, fast response time, reduced noise in the light field, and no dead zones.     

基于MC9S128单片机的CCD异步复位触发系统

为保证物体表面图像的采集质量,针对物体在线检测中采集时刻存在误差的问题,设计了CCD异步复位模式的触发时序,并基于飞思卡尔16位单片机MC9S128,提出了一种具有较强通用性的CCD异步复位触发系统。该系统的异步复位信号由接近开关传感器产生,触发摄像机进行异步拍摄,其定位延时精度可达0.1 ms,可以使物体进入设定的位置后进行图像采集,实现运动状态下物体的实时采集。实验及研究结果表明,基于该方法设计的触发系统具有较宽的适应范围,保证了实时图像采集的定位精度,对于一般工业在线检测具有一定的借鉴价值。