基于面阵CCD的MAX-DOAS系统性能研究

介绍了自制的地基多轴差分吸收光谱系统,该系统采用二维面阵CCD探测器,将不同水平仰角所接收的光信息分布在面阵CCD的不同区域,实现了对不同水平仰角痕量气体的同时测量,并对系统中面阵CCD探测器的偏置、暗电流、噪声、响应线性以及成像光谱仪的分辨率、光谱范围等性能进行了测试.给出了该系统对不同观测水平仰角下大气O3的监测结果,结果表明此多轴差分吸收光谱系统能够满足大气监测的要求.     

星地激光通信ATP系统探测相机的坏点校正

阐述了星地激光通信捕获、跟踪、瞄准(ATP)系统中光斑探测相机的作用。当相机的探测器上存在坏点时,光斑探测相机的虚警率和定位精度将受到影响。分析了面阵探测器的坏点种类与来源以及星地激光通信ATP系统光斑探测相机的特点。依据相机的特点提出了对应的实时坏点检测及校正方法。设计了基于STAR1000探测器的光斑探测相机,并在该相机中应用了实时坏点校正方法。对该校正方法进行了实验验证,实验结果表明该算法能够有效抑制坏点像元,并纠正其灰度值。由于该校正方法处理延时小且能够有效降低存在坏点时相机的定位误差,非常适用于星地激光通信ATP系统。     

激光辐照面阵CCD探测器系统局部的干扰效应

采用脉冲与连续激光实现了对面阵CCD探测器系统的干扰,研究了脉冲与连续激光辐照CCD探测器系统时,CCD探测器系统工作状态的变化,测量了CCD探测器系统的饱和阈值范围,并分析了造成饱和的原因.在实验中观察到了"光饱和串音"现象,采用脉冲激光实现了对面阵CCD探测器的硬破坏.     

采用帧转移CCD的Smear校正通道恢复饱和图像通道的方法研究

海洋水色遥感应用对光学遥感仪器提出了高灵敏度与高精度的要求。本文研究的可见近红外成像光谱仪采用推扫扫描的方式,从而获得了较高的灵敏度;通过对系统进行杂散光定标和校正实现高精度测量。杂散光校正算法要求图像中所有目标信号不能饱和。由于仪器的动态范围针对水色目标设置,因而大部分图像通道高亮度的云目标信号会饱和,导致杂散光校正算法无法获得较好效果。以一台基于帧转移面阵CCD的推扫式可见近红外成像光谱仪为研究对象,通过分析系统设置的CCD Smear校正通道的成像机理,论证了在不同光源下Smear通道和各图像通道间均存在线性相关性,进而提出了一种利用Smear校正通道来恢复各图像通道饱和信号的方法,为星上高光谱图像的杂散光校正提供有效的数据源,也为饱和图像恢复提供了一种较为可行的方法。     

可见光面阵CCD响应非均匀性的检测与校正

通过分析可见光面阵CCD的响应非均匀性,提出了一种适用于所有面阵CCD的响应非均匀性检测系统。利用该检测系统对全帧型面阵CCD485进行了辐射定标,建立了面阵CCD485数字图像的灰度值和积分球出口处辐照度之间的响应关系,并描绘了响应度曲线。从定标采集得到的数字图像可以看出灰度值有明显的跳跃,响应非均匀性已经超过了5%,在微光拍照时将严重影响成像的质量,所以必须进行校正。根据面阵CCD响应度曲线来选择非均匀性校正算法,考虑到面阵CCD485的响应度为线性,这里采用了两点校正算法,求出面阵CCD各个像元的校正因子(增益和偏置),并存储到校正矩阵中,通过乘积加法运算把各个像元的信号校正成面阵CCD的平均信号值。实验结果表明,两点校正算法使面阵CCD485的响应非均匀性降低到原来的1/10左右,是一种实用有效的校正方法。     

基于行过扫数据降低大面阵CCD图像噪声算法研究

针对全帧转移大面阵电荷耦合器件(CCD)多帧图像数据随时间漂移的现象和测试电路引入的噪声,导致无法准确评估CCD器件的参数,文章提出一种基于行过扫数据校正算法。行有效像元数据与对应行垂直过扫数据同时输出,通过有效像元数据减去垂直过扫数据均值,对图像数据漂移的现象进行抑制。测试电路中模拟模块与数字模块同时作用于单行有效像元数据与垂直过扫数据,通过有效像元数据减去垂直过扫数据均值,消除测试电路引入的噪声。实验结果表明,经过该算法校正后的器件读出噪声减小了20%,暗场差值图像中超过15 e^-和25 e^-的比例减小了25%。该算法适用于大面阵CCD器件,可校正测试系统引入的测试误差,提高全帧转移大面阵CCD器件测试效率。     

面向空间应用的四象限探测器筛选系统

空间科学仪器广泛使用基于四象限光电探测器的太阳导行镜指向跟踪系统来实现对日精确指向控制。为满足对日指向高精度高稳定性需求,提出面向空间应用的四象限光电探测器筛选方法,研制针对四象限光电探测器的筛选系统。通过对比筛选试验前后四象限探测器的暗电流、响应度及象限响应度均匀性等参数变化,依据判别准则分析探测器的空间环境适应性,剔除可能存在的早期失效或性能差异变化较大的探测器。试验结果表明：研制的筛选系统具有高准确度,系统前端等效输入电流噪声为0.58 f Arms,通过筛选试验后依据评估标准最终优选的四象限光电探测器各通道暗电流绝对值最大值为6.08 p A,各通道的响应度变化最大值为0.716%,各象限响应度非一致性筛选前后变化最大值为1.24%。最终将该四象限探测器应用至太阳导行镜指向跟踪系统上,满足航天环境条件的使用要求。该筛选装置及筛选方法可实现对面向空间应用的四象限光电探测器的筛选,且对其他光电器件筛选具有借鉴意义。     

基于FPGA的多通道面阵CCD拼接成像系统

针对现有的CCD系统技术无法同时满足大面阵与高帧频的问题,提出了一种基于FPGA的高速多通道CCD拼接系统。采用智能化的AD芯片,配置生成精确且接收反馈的CCD驱动信号。调用FPGA内置的IP核,利用乒乓操作的思想操控DDR2完成多通道图像的拼接,百万像素CCD以100帧的速度处理。对多通道影响图像非均匀性进行分析,将处理图像的得到的参数反馈给AD芯片,实时调整各通道的增益,在硬件驱动电路上完成自适应非均匀性校正。经验证,该系统极大地提高了大面阵CCD的显示帧频,多通道拼接后获得较高成像质量。     

基于FPGA的大面阵CMOS相机高速率电子学系统设计

目前深空遥感探测多采用CCD作为高分辨率相机的传感器,相较于CCD,面阵CMOS驱动更简单、功耗更低、抗辐射能力更强,是深空遥感探测目前的发展趋势。为此,本文基于CMOSIS公司生产的型号为CMV20000,图像分辨率为5 120×3 840的CMOS探测器,设计完成了一个大面阵CMOS高分辨率相机,图像分辨率为5 120×3 840。详细阐述了以FPGA为核心的电子学系统的整体结构,结合CMV20000的工作模式和时序电路,实现了高分辨图像的高速传输以及数据校正。试验结果表明,设计的相机系统方案合理,解决了CMV20000数据无法对齐的数据校正问题,系统运行稳定可靠,安装光学系统后能够获取高质量图像。     

高能激光测量中的光强探测器面响应校正方法

为了降低光强探测器面响应非均匀性对高能激光惯性约束聚变(ICF)装置近场参数测量的影响,提出了一种高能激光近场参数测量中的光强探测器面响应非均匀性校正方法.理论方面推导了基于高能激光近场空域评价因子的多点线性定标校正模型,并设计及搭建了高均匀性线性输出的光强探测器面响应非均匀性自动校正装置.为了验证所提方法的有效性,对某型号科学级CCD的面响应非均匀性进行校正,探测器面响应调制度由1.42降至1.08,对比度由0.014降至0.004,相比两点定标方法,采用文中所提方法校正后光强探测器的均匀性大幅提高.结果 表明,该方法可为高能激光ICF装置参数测量中的光强探测器面响应均匀性校正提供一种有效的技术手段.     

面阵CCD光谱响应测试及不确定度评估

基于单色仪法对面阵CCD进行光谱响应测试,并对测试结果的不确定度进行全面评估。介绍单色仪法测试CCD光谱响应的原理;选用硅陷阱探测器作为标准探测器,搭建测试装置,得出400~1000 nm波段内面阵CCD光谱特性参量,其中峰值波长为602 nm,中心波长为580 nm,光谱带宽为402 nm;以632 nm处光谱响应测试为例,建立不确定度评估模型,分析了包括面阵CCD辐照度响应非均匀性、溴钨灯稳定性、单色仪出射波长重复性和准确度以及图像采集处理系统的稳定性对测试的影响。应用模型计算得出测试结果的合成标准不确定度为4.3%(k=1),满足面阵CCD光谱响应测试精度要求。     

一种基于注入信号的自适应天线阵元通道不平衡校正方法

天线阵列阵元通道幅相不平衡对自适应天线的性能有很大的影响。论文改进了基于注入信号的自适应天线阵元通道不平衡校正方法^[1]，并对校正中的实际问题和校正性能进行了分析。该方法采用自适应滤波器校正通道，把校正和实际通信分开。仿真结果表明，该方法能够有效校正自适应阵各通道不平衡。     

太阳光谱辐照度仪自动跟踪装置的设计与测试

为了实现太阳光谱辐照度的高精度观测,提出了视日运动轨迹和光电跟踪相结合的太阳自动跟踪方案,详细论述了视日运动跟踪计算原理和基于四象限探测器的跟踪装置设计。为检测该装置的跟踪精度,设计了基于线阵CCD探测器的跟踪精度检测系统,并开展了室外观测实验。测试结果表明,太阳跟踪精度为±0.030°,稳定性优于1.4%,所设计的太阳跟踪装置在跟踪精度和稳定上均能够满足太阳光谱辐照度观测的高精度跟踪要求。     

数字阵列天线的阵面监测方法研究

阵面监测是数字阵列天线在阵面测试和工作过程中的重要自检监测手段,阵面监测可检测出数字阵列天线中存在异常的通道,避免这些通道对阵面性能造成影响。文中首先介绍了数字阵列天线的阵面监测原理及分类,并对各种监测类型的应用场景作了分析;然后,详细描述了阵面监测中几种常见的通道故障类型、以及这些故障类型的监测方法和判断依据;最后,结合实际阵面测试,将阵面监测结果与实际通道性能进行比较,证明了该阵面监测方法的有效性,对比阵面监测处理前后的波束形成结果,验证了阵面监测方法对数字阵列天线的作用。     

X射线线阵探测器校正与滤波

针对X射线线阵探测器像素响应不均而造成X射线图像产生竖条纹,以及由探测器本身和外界产生噪声干扰的问题,提出了一种新型的校正与滤波模型,解决了传统校正方法因忽略噪声影响而使得校正完成后数据波动较大的问题。结合X射线特性及X射线线阵探测器的成像原理,分析了像素响应不均时的输出特性及噪声,建立了改进的两点校正算法与基于偏微分方程的半隐式差分滤波模型。实验证明,分辨率为19 216的X射线线阵探测器在经过该模型校正后,有效地解决了像素响应不均的问题,抑制了噪声的影响,在位深为16 bit的情况下,平均均方误差低于五个灰度级,提高了X射线图像检测的质量。     

基于场景的红外非均匀性校正算法对比研究

红外技术发展到今天,红外凝视焦平面探测器阵列性能高、使用简单,从而成为红外系统的主流。但是,红外探测器的工艺和技术生产不出像可见光CCD那样均匀的红外器件,红外探测器阵列的非均匀性一直是红外凝视探测器的主要缺陷。人们开发了多种非均匀性校正算法,尤其是基于场景的自适应算法,极大地弥补了探测器的非均匀性缺陷。但是到目前为止,各种算法都有一定的局限性,尚不能彻底解决非均匀性问题。针对目前常用的几种非均匀性校正算法,包括时域高通滤波算法、神经网络算法、恒定统计量算法等,在天空、地面等不同场景条件下进行了仿真测试,对算法的实施效果进行了对比分析。     

面阵CCD镜头畸变校正

由于面阵CCD镜头畸变的存在,使得对探测目标产生较大的定位误差.在实验分析的基础上,对因CCD镜头产生的畸变进行了校正.结果表明,通过对面阵CCD镜头进行畸变校正,可以有效地提高定位的精度.     

多通道光纤SPR光谱成像实时监测系统

提出一种多通道光纤表面等离子体共振(SPR)光谱 成像实时监测系统,利用iHR550成像光谱仪和Synapse面阵CCD(1024pixels×256pi xels)并行采集多个独立检测通道完整的光谱信息,保持单通道SPR传感器高分辨率优势的 同时实现多通道检测。基于LabVIEW虚拟仪器,开发了控制iHR550成像光谱仪衍射光栅转台 转动,Synapse CCD分区域数据处理和SPR数据处理的实时监测系统。     

多通道输出面阵CCD图像非均匀性校正

针对多通道面阵CCD输出非均匀性问题,开展了多通道输出面阵CCD图像非均匀性校正算法研究。论述了多通道面阵CCD输出非均匀性产生的原因,并对此提出了基于非线性响应的多段线性逼近校正算法,通过FPGA进行了算法实现。基于线性响应的两点校正算法精度低,且不能满足全量程的要求;基于非线性响应的多点校正算法精度高,但运算量大,不易于在FPGA上实现。文中提出的基于非线性响应的多段线性逼近校正算法,综合了以上两种算法的优点,具有运算量小、实用性强、精度高的优点。     

基于电子稳像技术的CCD成像空间校正方法研究

针对彩色线阵CCD应用时,出现的成像三色错位问题进行了研究,提出了基于电子稳像技术的CCD成像空间校正方法。与传统方法相比,该方法引入了电子稳像技术的思想,巧妙运用帧间运动的处理手段解决了帧内运动的问题。首先对线阵CCD得到的图像进行彩色图像分离,再通过特征点提取,特征点匹配,错位参数估计,图像补偿,彩色图像合成等过程,最终获得校正后的彩色图像。仿真实验表明,该方法能有效解决三色错位问题,改善图像质量。