基于Camera Link协议的CCD图像采集系统

为满足航天相机系统快速、高质量的成像要求,设计了一种基于Camera Link协议的高速CCD（ChargeCoupled Device）图像采集系统。该系统采用CPLD（Complex Programmable Logic Device）、专用视频处理芯片TDA8783、乒乓结构的存储器进行设计,并使用时间延迟积分（TDI：Time Delay Integral）的工作方式,通过设置单级积分时间长度和积分级数改变总积分时间长度。实验结果表明,该系统能同时输出两路CCD电压信号,最高数据输出速率达15帧/s,信噪比大于50dB,两通道的不均匀性小于2%,满足航天相机系统的高速、高分辨率设计要求。     

抗晕光面阵CCD图像传感器及抗晕光方法的实现

为了解决面阵CCD(Charge-Coupled Device)图像传感器由于动态范围有限而在强光照射下发生晕光的问题,基于DL32面阵CCD图像传感器原有结构,通过增加像敏单元寻址电路和积分时间脉冲产生电路,使得所有像敏单元积分时间均可独立设定.利用DSPs(Dig-ital Signal Processor)TMS320C6713对面阵CCD图像传感器每个像敏单元输出的亮度值进行实时监测,通过地址及数据总线控制改进型面阵CCD图像传感器,缩小该像敏单元的光积分时间.经过MATLAB算法仿真,像敏单元晕光现象已彻底消除.     

工业射线底片图像数字化系统的设计

工业射线底片由于其黑度大,图像信息量大而使其数字化成为一个难题.采用机器视觉的方法,设计了一套工业射线底片的图像的数字化系统,由光源、成像系统和计算机软硬件系统构成.采用平面亮度强光灯透照底片解决黑度大问题,用亮度无级可调灯解决不同黑度底片的数字化,用暗箱屏蔽环境光以提高图像质量,针对面阵CCD精度的不足,提出用双CCD的方法成像,同时提出了图像拼接的方法并实现拼接.实验结果表明,拍摄的图像质量较好,分辨率达到5.3 lp/mm,不同CCD拍摄的图像可实现无缝拼接.     

基于线阵CCD的二维成像系统研究

提出一种线阵CCD的成像系统的新方法,该方法的基本原理是采用模块化设计方案,由各个分立元器件搭建了CCD成像分析系统,对CCD探测器输出的模拟信号的幅值、偏压、增益、积分时间等关键参数进行控制和处理,最终得到量化后的图像数据。文章详细论述了系统结构、工作原理及FPGA硬件驱动设计,并对影响系统测试的主要问题来源进行了研究。     

卷帘数字域TDI技术的CMOS成像系统的SNR模型建立

为使采用数字域时间延时积分(TDI)技术的空间高分辨率成像系统的信噪比(SNR)指标能够在前期论证过程中被准确的评估出来,提出了基于该技术的信噪比评估模型。首先分析了卷帘数字域时间延时积分(TDI)技术的工作机理,然后对基于CMOS图像传感器的成像系统的主要噪声进行了详细分析,提出了基于卷帘数字域TDI技术的CMOS成像系统的SNR模型,最后利用设计的基于国产CMOS图像传感器的空间光学相机的辐射定标实验结果验证SNR模型的正确性。实验数据表明采用提出的SNR模型算出的信噪比与图像中计算得到的信噪比在入瞳辐亮度在27.1044-5.5117,SNR范围内理论值和实验值之间的差值在2.1d B以内。而对于只有在白天进行成像的光学系统来说,其入瞳辐亮度不会超出这个范围。     

一种基于FPGA的多模式微纳遥感相机设计

针对传统遥感相机体积大、工作模式单一等问题,提出了一种基于FPGA的微纳遥感成像系统,系统采用Xilinx XC7K410T FPGA作为主控芯片,实现了快速自动曝光算法、数字TDI推扫算法、高性能Bayer图像压缩等算法,解决了传统微纳遥感相机Bayer图像数据压缩效率低、高效数字TDI实现困难及自动曝光运算收敛慢等问题。该相机系统整机重量2.8 kg,在500 km轨道上实现了对地2 m分辨率成像,同时实现了1～25级可调节数字TDI推扫成像,7 920×6 004全画幅拍照成像和25帧/s的1 920×1 080凝视视频成像,相机在轨实测自动曝光收敛速度小于4帧,图像压缩质量和Bayer图像数字TDI效果优异。该相机系统具有体积小、重量轻、功能强、可靠性好等优点,可被搭载于各种航天器智能遥感系统中。     

激光测量技术在热态成品车轮尺寸测量中的应用

激光三角法测量原理是目前光学测量应用最广泛的方法之一。其原理是光源发生器发出结构光光源(一般为激光点光源)到被测工件的表面,通过光学系统成像到线阵CCD或面阵CCD上的位置,由几何三角关系,从像点在CCD上的位置即可计算得到工件的高度尺寸,再通过测量系统的测量运动(即扫描运动)得到工件的全部外形尺寸。着重介绍热态成品车轮激光检测装置的结构配置及其完成的主要功能。     

线阵推扫式CCD亚像元成像的列向动态调制传递函数

采用亚像元成像技术对焦平面上彼此错开1/2像素的CCD获得的初始图像进行合成,获得分辨率为初始图像2倍的新图像.在CCD采样时间内目标高速运动所引起的像与CCD之间的列向相对位移会导致成像质量的下降.从调制传递函数（MTF）的定义出发,引入像与CCD之间的相对运动速度,推导出了线阵推扫式CCD亚像元成像列向动态MTF的理论公式.对一种CCD的MTF进行具体的数值计算,结果表明亚像元成像技术能够有效地提高线阵推扫式CCD的列向成像质量.     

盐膜穿孔CCD成像微机监控系统设计

采用P87LPC764 OTP单片机以及I^2C总线技术设计了塑料拉膜机生产线膜穿孔CCD成像微机自动监控系统，该系统采用先进的线阵CCD数码成像技术，通过对盐膜生产过程扣实时在线检测，完成对膜穿孔情况的监控。描述了硬件接口电路的设计原理，并对系统设计中的线阵CCD检测头安装、检测电路设计、检测精度、检测速度以及边界定位等问题进行了详细探讨，指出了提高检测精度与检测速度的方法。     

基于平面成像器件的高分辨率工业CT技术研究

在通用的CT成像系统中,由于面阵探测器像元之间无光隔,成像过程相对线阵探测器而言系统散射影响大,动态范围小,成像指标远低于线阵探测器.采用大探测器方法重组像元,用亚像素高分辨率方法重组和补偿数据,弥补了面阵探测器在动态范围的不足,同时充分利用了面阵的高空间分辨率,得到了较好的CT重建结果.     

Design of operation parameters of a high speed TDI CCD line scan camera

This paper analyzes the operation parameters of the time delay and integration （TDI） line scan CCD camera, such as resolution, line rate, clock frequency, etc. and their mathematical relationship is deduced. By analyzing and calculating these parameters, the working clocks of the TDI CCD line scan camera are designed, which guarantees the synchronization of the line scan rate and the camera movement speed. The IL - E2 TDI CCD of DALSA Co. is used as the sensor of the camera in the paper. The working clock generator used for the TDI CCD sensor is realized by using the programmable logic device （PLD）. The experimental results show that the working clock generator circuit satisfies the requirement of high speed TDI CCD line scan camera.     

振动和级数对星载TDI CCD成像质量影响的模拟分析

为了研究振动和级数对星载TDI CCD成像质量的影响,模拟了发生振动时不同TDI CCD级数的图像,并采用像移计算MTF方法对成像质量进行评价.结果表明:发生振动时,TDI CCD级数变化对成像质量会造成影响,成像质量随着TDI CCD级数的增加而下降;TDI CCD级数的选择应结合卫星姿态控制精度、发生星颤时造成像移的大小等因素综合确定.     

卫星姿态精度对TDI CCD相机的影响

正确的姿态控制精度是TDI CCD卫星相机正常工作的基本前提，通过分析、计算卫星姿态控制精度导致的像移量及其与调控传递函数的对应关系，给出了TDI CCD相机对卫星姿态精度的要求，实例计算结果表明，TDI CCD相机对卫星姿态控制精度的要求比普通CCD相机的要求高，且随着TDI积分级数的增加，对卫星姿态的稳定度要求变得尤为苛刻。     

CCD彩色插值的MTF退化研究

为了分析电荷耦合元件（CCD）在成像过程以及彩色插值算法引起的图像退化问题,提出CCD彩色插值的调制传递函数（MTF）研究方法.分析CCD在传递图像时的退化情况,选取常用的插值算法,如双线性插值,梯度插值,计算插值算法对图像退化影响,用MTF来表征CCD彩色成像时的传递能力.实验结果表明,即使只考虑插值算法的影响,CCD彩色成像时的调制传递能力将在非彩色插值CCD的基础上进一步退化,在奈奎斯特频率下只有非插值CCD的1/2左右.因此CCD的空间离散采样特性使图像在传递时出现退化,当CCD前面置入彩色滤波片（CFA）后,由于彩色插值算法的影响,MTF将进一步减弱.     

基于调制传递函数的CCD亚像元成像质量评价

从调制传递函数值的定义出发,导出了各种表面结构线阵电荷耦合器件(CCD)亚像元成像的调制传递函数.对其中两种表面结构线阵CCD的调制传递函数作了具体的数值计算.结果显示,理论上亚像元成像获得图像的分辨率几乎能够达到CCD分辨率的两倍,使得获取高于器件极限分辨率的数字图像成为可能;在空间频率低于CCD的Nyquist频率时,亚像元成像质量也明显好于一般成像质量.     

基于数值保真项优化的TDI遥感图像复原方法

提出基于数值保真项优化的时间延迟积分电荷耦合元件（TDI-CCD）振动模糊遥感图像复原方法.针对时间延迟积分（TDI）退化图像点扩散函数（PSF）的空间变化性,根据成像平台颤振信息逐行构建模糊核.通过结合L1正则化和数值保真项优化,提出新的遥感图像去模糊方法,实现对TDI颤振图像的逐行复原.在基于最大后验概率（MAP）构建图像去模糊模型的过程中,将数值保真项扩展到二阶,以更好地保留图像细节.与传统的Richardson-Lucy（RL）算法、全变分方法相比,提出的算法去模糊效果明显.分析在不同积分级数和颤振频率下采用该算法复原后的图像的ssim,该算法体现出很好的普适性.     

一种基于图像的光学系统测角精度检测方法

测角精度是光学系统的重要技术指标。针对传统的电子经纬仪测角精度检测方法测量数据少、扫描方向单一导致测量结果不准确,提出了一种改进的检测方法。调整电子经纬仪,使电子经纬仪发射的电十字通过光学系统成像在CCD视场中,旋转电子经纬仪以点阵形式,对光学系统各个方向进行扫描,计算机实时采集电十字图像。对采集的电十字图像,通过基于小波变换的变分Retinex算法增强图像对比度,采用OTSU阈值分割背景和目标,采用投影算法及二项式曲线拟合将电十字中心定位到亚像素级。对最终获取的电十字中心点阵数据通过径向基函数进行曲面插值,解算出基于整个CCD像面的测角精度。实验结果表明：该方法的测量精度达到0.1μrad,测得的光学系统测角精度提高了0.01mrad,检测的测角精度更加准确。     

光纤传像器件参数测试方法研究

提出了一种基于采用CCD相机的单积分球光纤传像器件透过率的测试方法,分析了透过率的测量原理,通过实验检验了这一方案的可行性.与用光电探测器的双积分球测试方法相比,这种方法具有结构简单、测试速度快等特点,它还可实现包括局域透过率、中心-边缘透过率相对误差、桶/枕形失真等的多参数测量.     

数字光处理投影系统成像质量测量方法

介绍了数字光处理（DLP）投影系统的工作原理，提出了基于光学调制传递函数（MTF）的成像质量测量方法.利用绿场传感信号探测数字微镜器件（DMD）的快速翻转，并实现数字微镜器件翻转、电荷耦合器件（CCD）曝光时间和图像采集三者之间的严格同步.对数字微镜器件图像在x、y两个方向上进行快速傅里叶频谱分析，根据其二阶调制传递函数幅值提出了3个评价指标，分别反映数字光处理投影系统中像质的最差值、平均值以及离散度.实验结果表明，该方法的设计思路合理可行，成像质量测试系统具有良好的精度和稳定度，可以为数字光处理投影机的质量控制提供有效的评估手段.