基于数字TDI技术的紫外成像系统的设计

为了实现高灵敏度紫外探测,基于600×500元紫外电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD) 图像传感器,创新性地运用软件开窗技术设计了一种基于数字时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)的 紫外成像系统。具体分析了成像系统的噪声来源以及TDI阶数M对成像系统信噪比的影响,并从理论上分析了 采用M阶数字TDI技术对成像系统信噪比的影响。然后详细介绍了在FPGA内部实现数字TDI算法的情况,并给 出了数据采集系统中的上位机交互流程。实验结果表明,基于数字TDI技术的紫外成像系统可以获得较 高的图像对比度和信噪比以及优良的成像质量。     

高分辨率4 096×96 TDI可见光CCD的研制

采用硅工艺,实现了高分辨率4 096×96 TDI 可见光CCD设计及制作.本文介绍了高分辨率4 096×96 TDI可见光CCD的结构设计及制作,给出了测试结果.     

512×6TDI长波红外探测器成像系统参数测试研究

长波红外成像系统以512×6 TDI探测器为核心器件,联合旋转扫描镜转动实现大范围场景观测.参考红外焦平面阵列测试的国家标准GB/T17444-2013,对512×6 TDI长波红外探测器成像系统的主要性能参数进行测试.测试参数包括响应率、响应率不均匀性、噪声电压、噪声等效温差、有效像元率、动态范围等.介绍了各个参数的测试方法,总结参数测试的顺序流程,研究了不同的测试条件对测试结果的影响.参数测试中利用Matlab软件进行数据处理分析,为了使测试方法具有更好的扩展性和移植性,在软件编程时应注意模块化、可视化设计.文章还探讨了将参数测试算法模块嵌入成像系统的图像采集设备中进行在线自动化测试的可行性.     

光锥CCD耦合器件对提高CCD成像分辨率的探讨

成像分辨率是评价CCD成像系统的主要技术指标.提高成像分辨率可以改变CCD的成像性能.本论文以实验的方法验证了倒置光锥CCD耦合器件可提高CCD成像分辨率,同时与正置光锥CCD耦合器件实验结果对比,分别绘制了与非耦合器件的对比传递函数(CTF)曲线,直观地表示出了二者关系,与理论分析结果相吻合.     

512×8中波 TDI 红外探测器成像系统设计

针对 TDI 型红外探测在各个领域的重要作用,设计并实现了一个中波 TDI 红外扫描成像系统.该扫描成像系统采用国产512×8元线列 MCT(碲镉汞)焦平面列阵、自行研制的光学系统和一维角度扫描系统.当探测器在300 K 黑体的照射下,积分时间为500μs 时,整个成像系统的平均噪声等效温差(NETD)约为0.3 K.实验结果表明该系统能够满足设计要求.     

576×96TDICCD相机的研究与设计

设计了一种基于自主研发的576×96 TDI CCD芯片的相机。该CCD芯片共有96级TDI功能,因此相机级数12、24、48、96级可选,相机能在不同照度下清晰成像。经测试,该相机动态范围达(1 V饱和输出)2767∶1、读出噪声小于2.22。     

机载侦察用高速高分辨TDI成像传感器

加拿大DALSA公司的Dobson等人于1994年发表了他们对出现在机载侦察中的典型高速扫描(130001/s)最佳化的一个2048×96 TDI(延时积分)CCD成像传感器的设计.该成像传感器包括一个成像面积大小的选择机构,其与TDI结构一起使传感器响应扩展到一个宽入射光强度范围.在机载侦察中存在的高信号强度,输出信号的动态范围受图像散粒噪声限制而不是受装置噪声限制.像素间距为13μm,给出传感器极好的空间分辨.传感器在尼奎斯特(Nyquist)频率的调制传递函数(MTF)为50%.为减少成像滞后,该器件采用NMOS工艺利用三个多晶硅层和埋置CCD寄存器制造.     

畸变对TDI成像相机的像移影响研究

随着时间延迟积分技术(Time Delayed and Integration,TDI)的不断成熟,具有TDI 功能的电荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD)已经广泛应用到高分辨率对地成像系统。然而,采用TDI功能的成像系统在推扫成像过程中必然会受到像移的影响,导致最终成像模糊。主要分析了TDI 成像过程中光学系统畸变引起像移的原因,推导了畸变产生像移的数值计算公式,分析了光学系统畸变对TDI 成像相机调制传递函数的影响,研究了畸变和像移导致的TDI 成像相机图像退化的关系,针对焦距为9 000 mm、积分级次96 级、地面像元分辨率GSD=0.6m,F/p=1、信噪比为50:1 的TDI 成像相机,计算了在畸变产生的像移影响下导致的NIIRS(National Imagery Interpretability Rating Scale,美国国家图像解译度分级标准) 的变化值NIIRS,计算结果表明在畸变导数值D'()=6.493 时引起的驻NIIRS 达到-0.1624将影响图像的解译需求,最后分析给出了对于该空间相机不影响解译需求的D'()限制条件。可为光学遥感TDI 成像系统的设计提供参考。     

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.     

光锥CCD耦合器件对提高CCD成像分辨率的探讨

成像分辨率是评价CCD成像系统的主要技术指标．提高成像分辨率可以改变CCD的成像性能．本论文以实验的方法验证了倒置光锥CCD耦合器件可提高CCD成像分辨率，同时与正置光锥CCD耦合器件实验结果对比，分别绘制了与非耦合器件的对比传递函数(CTF)曲线，直观地表示出了二者关系，与理论分析结果相吻合．     

传输型CCD相机综合像质评价方法的研究

介绍了以CCD探测器为图像栽体的CCD相机整机系统的综合像质评价方法.通过成像理论建模,分别对光学系统、CCD器件及相机整机系统进行调制传递函数分析.利用CCD器件的"离散采样"特性不满足线性空间不变性的条件,确定调制传递函数的使用限制条件.给出了CCD相机整机系统的调制传递函数测试方案和测试条件,完成了实验室整系统"调制传递函数"的检测试验,并对检测结果进行分析与评价,实现了CCD相机整机系统的像质评价.     

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。     

微型高灵敏度CCD成像及无线传输系统

介绍了一种微型无线高灵敏度CCD成像系统.该系统由基于Exview HAD CCD的微型成像系统及微型无线视频发射器组成,具有体积小、重量轻、灵敏度高等特点。文中重点介绍了微型高灵敏度成像及无线视频传输的工作原理、基本构成及电路设计。同时,分析了在目前技术条件下实现CCD成像及无线视频传输微型化的主要途径。最后,对微型高灵敏度CCD成像系统与普通CCD进行了对比测试,并对测试结果进行了分析.     

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。     

微型高灵敏度CCD成像及无线传输系统

介绍了一种微型无线高灵敏度CCD成像系统．该系统由基于Exview HAD CCD的微型成像系统及微型无线视频发射器组成，具有体积小、重量轻、灵敏度高等特点．文中重点介绍了微型高灵敏度成像及无线视频传输的工作原理、基本构成及电路设计．同时。分析了在目前技术条件下实现CCD成像及无线视频传输微型化的主要途径．最后，对微型高灵敏度CCD成像系统与普通CCD进行了对比测试，并对测试结果进行了分析．     

圆形冷屏下长线列器件光敏元立体角的变化趋势及其成像仿真

给出了圆形冷屏限制下长线列器件光敏元立体角的数学模型.以288×4器件为例,计算了光敏元立体角的变化趋势.将这些立体角的相对值投影到0～255的整数值范围,可以得到一张伪灰度图,该图可以从某种程度上反映理想情况下器件的成像效果.     

行间转移CCD的时间延迟积分调光方法

针对航空航天相机工作时由于曝光时间导致的图像质量下降问题,提出了行间转移面阵CCD的时间延迟积分(TDI)调光方法。选择行间转移面阵CCD KAI-16000作为成像器件,设计并完成了成像系统,利用FP-GA控制行间转移面阵CCD的驱动信号模式,将普通电子快门调光方法与TDI调光方法相结合,完成实时调光。实验结果表明:该成像系统无需延长曝光时间,依靠改变TDI工作模式下积分级数,解决了由于曝光时间不足导致的图像质量下降问题,图像信噪比(SNR)从13.22dB增加到33.74dB。     

新概念军用红外成像系统的发展

未来防御系统对军用红外成像系统提出了更具挑战性的要求,采用常规的设计理念难以实现.近年来,为了发展新一代军用红外成像系统概念,人们从生物界获得了许多启示.介绍了生物视觉系统的演化过程和几类不同的生物视觉系统结构的特点,分析了常规的可见光/红外成像系统存在的主要问题,并具体阐述了基于脊椎动物视网膜视觉机制发展的几种新概念成像系统,包括可变锐度超像素成像器件和基于这种器件发展的大视场、高分辨率、快帧频成像系统,采用数字超分辨率处理技术的灵捷探测、识别红外光电系统,基于动物视网膜视觉机理的亚像元分辨成像器件;阐述了采用小孔成像机制发展的自适应编码孔径可见光/红外成像概念和综合采用透镜成像和小孔成像机制的混合成像系统概念.     

512×512元高帧速可见光CCD

CCD具有低响应非线性、宽光谱响应、低噪声、高动态范围和测光精度,已被广泛应用于许多成像领域.本文介绍了利用三层多晶硅、埋沟、双层金属工艺研制的16抽头512×512元高帧速可见光CCD.测试结果表明,该器件具有高的光响应均匀性、高动态范围和低噪声,并已成功应用于高分辨率高速成像.     

基于TDI-CCD的成像FPGA系统软件设计应用

为建立高速、高效、合理的CCD成像软件系统,设计TDI—CCD成像系统自顶向下的软件设计结构和模块化设计方法,实现成像系统FPGA软件解耦合,给出整体软件设计结构及其性能分析;在系统调试阶段运行良好。实际运行结果表明,该软件得各项性能指标达到设计要求。