基于面阵CCD-TDI模式编码感知的高分辨率遥感计算成像

针对推扫式遥感成像,基于压缩感知(CS)理论,提出一种利用低密度探测器获取高分辨率遥感图像的新方法。在推扫过程中,采用可编码的行间转移面阵电荷耦合器件(CCD)并使其工作于时间延迟积分(TDI)模式,在随机曝光控制电路的控制下实现对场景信息的编码感知;通过计算成像,从感知的数据中重构出高分辨率遥感图像。这种基于CCD-TDI模式编码感知的高分辨率遥感计算成像方法,可以增强成像分辨率和提高输出图像信噪比。仿真结果验证了本文方法的有效性。     

采用卷帘数字域TDI技术的CMOS成像系统设计

利用FPGA实现面阵CMOS传感器数字域TDI功能,可避免模拟域TDI的复杂电路设计、完善CMOS传感器成像方式、并可改进TDI CCD缺陷,具有重大的研究和应用价值。首先分析了同步快门方式和卷帘快门方式实现TDI的差异,然后根据TDI工作原理,提出了更利于微光成像和推扫成像的卷帘数字域TDI算法,并利用设计的CMOS成像系统进行了成像实验。实验结果表明:卷帘数字域TDI算法正确,不仅可以实现等效于积分时间增加或入射照度增强M倍功能的M级积分,而且可明显改善成像质量,将信噪比为18.37 dB的未积分图像通过10级积分提高至32.65 dB。所提出的卷帘数字域TDI技术使得CMOS相机具备了时间延迟积分功能,改善了成像质量,并改进了TDICCD难以调焦和级数不可连续调整的缺陷。     

航空相机扫描像移片上补偿技术

查打一体化是当前航空相机的一个主要发展方向,其中一项关键技术为扫描像移的动态、高精度补偿.基于面阵探测器的时间延迟积分(TDI)扫描像移补偿方式相比于光机式的像移补偿方式具有天然的优势,然而当前的面阵探测器TDI像移补偿精度是像素级的,进一步提高查打一体化相机分辨率遇到了瓶颈.针对于此本文首先介绍了查打一体化航空相机工作原理,然后针对帧转移CCD的特性建立了电荷行间转移的数学模型与电荷转移像移的调制传递函数模型,在此基础上提出了一种查打一体化航空相机扫描像移的片上补偿方法,采用该方法可将西相位面阵TDI CCD的像移补偿精度提高至1/2φ像元.最后搭建了实验平台并给出了二、三、四相位面阵TDI CCD电荷转移像移对遥感图像质量的影响,同时也证明了提出的方法能够显著提高图像质量.     

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。     

视频面阵CCD相机多模式成像技术?

视频面阵CCD相机已经得到了广泛的应用,为了解决不同的应用对高频率、高分辨率不同的要求等问题,同时扩大其应用范围,提出了一种适用于视频面阵CCD相机的多工作模式成像技术。首先,分析了视频面阵CCD的功能和特点,确定CCD的工作模式;其次,根据这些工作模式确定多模式成像的视频面阵CCD相机的组成;然后,详细阐述了时序驱动电路中工作模式的切换方法;最后,在各种工作模式下对视频面阵CCD相机分别进行了外场成像试验。实验结果表明:视频面阵CCD相机在各种工作模式下的成像效果很好,并且每种工作模式之间的切换时间为2ms,提高了视频面阵CCD相机多工作模式成像方法的有效性和实时性。     

星上TDI CCD相机成像工作模式的配置与管理?

为了解决星上TDI CCD相机成像工作模式较多、工作模式切换时间较长、配置效率较低等问题,提出了一种高效、可靠的成像工作模式配置和管理方法。首先,分析了星上TDI CCD相机成像单元的内部结构和工作特点;其次,针对成像工作模式中大量的轨道参数、姿态参数和时间参数,结合相应的图像数据提出了一种成像工作模式的有效管理方法;然后,对成像工作模式中比较重要的配置参数(增益、偏置、积分级数和行频)的配置过程分别进行了详细的介绍;最后,对五个增益配置点下TDI CCD相机的响应度进行了检测,同时在4级和8级的积分级数下进行了外场成像试验。实验结果表明:所提出的配置方法准确、可靠,TDI CCD相机响应度的线性较好,且外场成像质量较好、层次分明,实现了星上成像工作模式的有效、可靠的配置和管理。     

面阵电荷耦合器件错位成像的建模与仿真

为了定量研究面阵电荷耦合器件(CCD)错位成像技术图像质量的提高以及CCD像元填充因子对图像质量的影响,建立了仿真不同像元填充因子的面阵CCD错位成像的数学模型。以Matlab为平台,不考虑噪声的干扰,对ISO12233标准分辨率测试卡子图像进行了仿真,结果表明,CCD像元填充因子为100%时,与普通成像模式相比,对角错位、四点错位成像模式图像的灰度平均梯度分别提高了2.9970、3.4136,拉普拉斯能量分别提高了0.5676、0.7478,且CCD像元填充因子为其他值时,相较于普通成像模式,对角错位、四点错位成像模式图像的GMG和EOL均得到提高;采用四点错位成像模式时,与填充因子为100%的面阵CCD相比,填充因子为69%、44%、25%的面阵CCD四点错位模式图像的灰度平均梯度分别提高了1.433 0、3.337 3、5.153 2,拉普拉斯能量分别提高了0.638 0、1.704 4、3.196 8,且采用其他成像模式时,填充因子为100%、69%、44%、25%的图像的GMG和EOL均不断提高。研究表明,面阵CCD错位成像技术能够提高图像质量,且四点错位成像模式图像质量优于对角错位成像模式;在满足信噪比指标要求的前提下,对于面阵CCD同一成像模式,像元填充因子越小,图像质量越高。     

4096×96元可见光TDI CCD成像系统的设计

研制了4096×96元TDI(时间延迟积分)CCD成像系统.阐明了系统的设计原则及使用TDI CCD器件应掌握的主要技术.详细地叙述了旋转速度的计算方法、光学镜头的主要技术指标、TDI CCD器件的工作时序波形,给出了4 096×96元TDI CCD可见光成像器件四抽头的图像合成图片.     

用于目标跟踪的大视场CCD相机自动调光方法及实现

针对用于目标跟踪的大视场CCD相机的特殊结构,为了获得高质量图像,提出了一种基于电子快门无级调节的自动调光方法,即通过实时调整CCD相机的曝光时间来实现快速、高精度调光.文中提出了多区域灰度加权的图像灰度均值提取方法,消除了因大视场CCD相机背景图像数据过多而给自动调光带来的影响.系统采用FPGA内置RAM,通过乒乓缓存策略保证调光算法的实时性.通过对CCD相机的辐射定标和外景成像实验表明:该调光方法在辐亮度为25.697~260.548 W/m~2·sr区间内具有良好的图像质量,不仅满足调光速度快、实时性好、适应性强的要求,而且与无调光模式工作状态比较,CCD相机的动态范围增大了20倍,满足调光范围宽的要求.     

积分时间和级数分别可调的TDI CCD驱动器

在分析TDI CCD器件驱动时序关系的基础上,设计了积分时间和级数分别可调的驱动时序发生器.作为卫星上的有效载荷,TDI CCD成像系统可以根据不同的光照条件及探测分辨率的需求,选择不同的积分时间和级数,提高成像系统的灵敏度和信噪比.选用现场可编程门阵列(FPGA)作为硬件设计平台,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行硬件描述,采用QuartusⅡ对所设计的驱动时序发生器进行了仿真.系统测试结果表明,所研制的驱动时序发生器可以满足高分辨率TDI CCD相机的驱动要求.     

KAI-2093型面阵CCD多模式驱动时序设计

针对某航空相机的设计要求,提出了一种可行的多模式驱动时序设计方法。采用柯达公司的KAI-2093行间转移型面阵CCD传感器,结合它的结构特点和双通道数据传输的思想分析了传感器驱动时序关系,提出了3种驱动模式:binning、no-binning和TDI模式。以Altera公司的FPGA芯片EP1C6Q240作为时序发生器并实现数据的缓存和拼接,从而实现了时序发生器与数据处理器的一体化设计。在QUARTUSII7.0开发环境下采用VHDL语言编程,通过Modelsim AE6.1b实现数据缓存器的仿真。实测结果表明,所设计的驱动时序满足KAI-2093的时序要求,binning模式下帧频可达60帧/s,120帧/s等,满足高速跟踪要求;no-binning模式下全帧输出帧频可达30帧/s;TDI模式下能保证CCD长时间工作而不影响成像质量,该设计方法提高了系统的集成度和抗干扰能力。     

一种CCD驱动时序参量化设计方法

通过对帧转移、内线转移、TDI(时间延迟积分)、线列等多种典型CCD驱动时序的共性和差异特征进行分析,提出了一种针对CCD图像传感器驱动时序的参量化设计方法。该方法提取了驱动时序的时间、状态、周期循环次数等16个参量,根据各参量之间的逻辑关系,采用FPGA设计时序发生程序模块,通过上位机对程序模块设置参量值,可实现对工作模式、工作频率、相位延迟等时序关系的调节,达到对CCD图像传感器各路驱动时序灵活控制的目的。此设计应用于CCD图像传感器参量测试系统中,有效地提高了参量测试效率和测试系统的通用性。     

Characterization of surface channel CCD image arrays at low light levels

The characterization of surface channel charge-coupled device line imagers with front-surface imaging, interline transfer, and 2-phase stepped oxide, silicon-gate CCD registers is presented. The analysis, design, and evaluation of 1/spl times/64 CCD line arrays are described in terms of their performance at low light levels. The authors describe the responsivity, resolution, spectral, and noise measurements on silicon-gate CCD sensors and CCD interline shift-registers. The influence of transfer inefficiency and electrical fat-zero insertion on resolution and noise is described at low light levels.     

Charge-coupled device and charge-injection device imaging

A brief review is given of the advances in solid-state imaging during the last ten years. The issues of surface channel versus buried channel, aliasing versus prefiltering, frame transfer (FT) versus interline transfer (IT) versus charge-injection device (CID), and direct view versus EBIC imaging are discussed. Time-delay-and-integration (TDI) and infrared imaging are discussed. Finally applications are considered.     

Charge-coupled device and charge-injection device imaging

A brief review is given of the advances in solid-state imaging during the last ten years. The issues of surface channel versus buried channel, aliasing versus prefiltering, frame transfer (FT) versus interline transfer (IT) versus charge-injection device (CID), and direct view versus EBIC imaging are discussed. Time-delay-and-integration (TDI) and infrared imaging are discussed. Finally applications are considered.     

A new configuration of CCD imager with a very low smear level—FIT-CCD imager

A new configuration of CCD imager has been developed to improve smearing. This new sensor introduces a storage region, which consists of pairs of vertical BCCD registers, between an interline transfer CCD imaging region and a readout horizontal CCD register. The configuration and operation of the new device (FIT-CCD imaging device) are described, together with the experimental results for 402(H) times 500(V) element imaging devices. The smear level observed is low as ∼0.45 percent at 50 times the saturation exposure, being the lowest level so far obtained in solid-state imagers. Degradation in the contrast transfer function due to introduction of the storage region is very little because of the minimized vertical transfer loss by the storage region configuration with pairs of half-long BCCD registers.     

A photoelectric conversion-characteristic control method for interline transfer CCD imager

There are generally two approaches to dynamic range expansion for a solid-state imager. One is output-noise decrease. Another approach is a maximum signal-charge increase. An interline transfer CCD imager has an advantage in regard to low output noise, while its maximum amount of signal charges is lower than that for the other kinds of imagers, MOS, CPD, etc. Using a new operation mode, dynamic-range expansion for the interline transfer CCD imager has been achieved. There is a knee point in the photoelectric conversion characteristic.     

Image deblurring method for satellite platform caused by jitter

TDI CCD camera with its multi-level integral imaging features has become the mainstream sensor of current high-resolution optical remote sensor imaging system,but if there is platform tremor in its imaging process,it will produce images blur,affecting image quality.The influence of platform tremor on imaging quality based on the imaging principle of TDI CCD camera was analyzed.According to the jitter image trajectory obtained by jitter detection,a method was proposed to eliminate image degradation caused by jitter.ZY-3 multi-spectral images were experimented.The experimental results show that the quantitative evaluation index of the image after the jitter image is improved,and the validity of the method is verified.