导轨运动误差对CCD拼接影响分析

对于大视场、高分辨率空间CCD相机,多片CCD拼接技术仍是目前解决单片CCD线阵像元数目及其长度不能满足需求的主要手段,多片CCD器件的拼接精度直接影响CCD焦平面子系统的成像质量。焦平面CCD器件的拼接是在专用工具CCD拼接仪上完成的,CCD拼接仪的综合拼接误差决定了CCD器件的拼接精度。本文基于三坐标测量机的测量误差空间数学模型,推导出了由于直线导轨的运动误差引起的CCD拼接仪系统拼接误差的完整计算公式,通过对公式进行分析并实例计算,结果表明除了直线导轨的线位移运动误差外,由于直线导轨的角位移运动误差引起的阿贝拼接误差也是CCD拼接仪系统拼接误差的重要组成部分,而且由于CCD拼接仪的仪器构成特点以及三维空间工作特性,很难通过优化仪器布局来同时消除所有方向的阿贝误差。通过对各种消除或减小CCD拼接仪系统拼接误差的方法进行探讨,得出结论：采用误差补偿技术是减小CCD拼接仪系统拼接误差的有效方法。     

空间光通信精跟踪系统地面模拟实验

提出了一套简便易行的空间光通信精跟踪演示系统方案,详细介绍了精跟踪演示系统的组成。信标光斑定位和跟踪算法决定了跟踪带宽,信标光斑定位的传统方法存在系统误差和随机误差,采用像元细分对误差进行校正;跟踪算法采用改进神经网络算法,利用神经网络的自学习和自适应能力,在线调整网络加权值,增强了系统的实时跟踪性能。最后分析了像元细分对定位精度的改善,比较了不同定位算法的跟踪性能,改进的神经网络算法提高了精跟踪系统的鲁棒性。采用400Hz的CCD,针对不同频率的信标抖动进行跟踪补偿实验,实验结果表明,50Hz的信标光抖动范围压缩了25.7%。     

CCD细分技术在望远系统出瞳直径与出瞳距离测量中的应用

为解决某种望远系统的出瞳直径与出瞳距离的测量而专门设计并研制了一个测试系统.该系统采用了一种将CCD成像技术及计算机图像处理技术等技术相结合对望远系统的出瞳直径和距离进行测试的新方法.详细介绍了测试系统中图像预处理所采用的CCD像元细分技术,根据CCD的工作原理分析了CCD的像元细分技术,提出了一种基于相关双采样和D/A转换的变阈值二值化方法,叙述了变阈值二值化的细分原理的实现方法.实验证明:该系统的测量误差小于0.02 mm,重复性精度为±0.02 mm,出瞳直径及出瞳距离的测量范围为0-100 mm.该方法可实现数字化测量,从而可消除传统测试方法的易疲劳、人为影响等诸多缺陷,提高了检测的准确度,使检测更为直观、明确.     

多光轴平行度检测设备的检测误差分析

介绍了一种室内工作的光轴平行度检测设备,重点探讨了设备的激光光斑质心位置计算误差．对其主要构成、系统光强信噪比、靶板与CCD像面夹角测量误差、光学系统成像误差、像元能量质心误差、激光光斑灰度量化误差等进行了分析研究,通过实例．求得了激光光斑质心计算误差值．在分析了该检测设备主要误差的基础上给出了系统误差的计算公式和计算结果     

一种变阈值二值化CCD像元细分技术研究

根据CCD的工作原理分析了线阵CCD的像元细分技术,提出了一种基于相关双采样和D/A转换的变阈值二值化方法,结合此方法给出了一种积分时间自动调整的变阈值二值化细分电路.叙述了变阈值二值化的细分原理和积分时间自动调整的实现方法,并给出了采用此方法进行直径测量的实验结果.实验表明采用此方法的细分精度可靠性比一般的电子细分高,省去了软件细分需要的A/D转换和数据存储及运算,电路简单,成本低,具有较高的实际应用价值.     

像元级倍增CCD结构的设计与验证

在CCD像元内集成了由重掺杂PN结组成的APD结构,使CCD的像元具备了雪崩倍增功能。CCD实现像元级倍增,可使探测信号从探测器的探测端被增大,可提高探测器的探测灵敏度。进行了像元结构仿真、工艺仿真、像元倍增结构设计等工作,设计了512(V)×512(H)阵列规模的像元级倍增CCD,开展了工艺流片、工艺优化、封装测试等工作,验证了CCD的像元倍增功能。     

航天相机MTF测试靶标研究

在采用矩形靶标测量航天相机系统MTF时,由于采样初始时刻靶标像与CCD像元间存在配准误差,因此给准确测量系统MTF带来很大困难.为了减小配准误差对测量的影响,提出了采用粗分与细分相结合的梯形靶标,并推导出在奈奎斯特频率下动态测量调制传函时,由采样初始时刻配准误差所引起的配准误差调制传递函数MTF计算公式,并按此公式分别得到了粗分精度和靶标斜率对测量相机系统MTF精度的影响.通过分析,采用梯形靶标可以有效减小配准误差对测量系统MTF的影响,提高测量精度.     

基于像元块区域相关技术的DEM自动提取

利用三线阵CCD图像自动提取数字高程模型(DEM)的关键问题是立体像对的匹配相关技术.文章论述了像元块区域相关的匹配算法,首先在前视CCD扫描记录的图像上定义均匀的空间格栅,然后通过该图像每个格栅点周围的像元组与后视CCD扫描记录图像某点周围的像元组的相关性比较,寻找相应的匹配点.最后通过像元块的区域相关技术对三线阵CCD相机扫描记录的沙盘地形数据进行处理,给出了沙盘地形的数字高程模型.     

基于线阵CCD的精密尺寸测量系统

现有尺寸测量方式精度低,测量费时费力。为了 提高尺寸测量的精度,使测量系统便携化,操作简单, 文中实现了一种基于线阵CCD的精密尺寸测量系统。文中提出新的象元细分方法,将2个像 元间距为8μm的 线阵CCD等距错排并以60°斜放,可突破像元间距对测量精度的限制, 将最大测量误差减小为2μm,在此 基础上采用浮动阈值方法进行数据处理,实现高精度尺寸测量。利用FPGA进行硬件描述实 现线阵CCD的驱 动,对CCD的输出信号进行差分放大,采用硬件滤波方法消除曝光积分和转移过程中的电子 学噪声,采用10 位模数转换器实现数字量的并行输出,FPGA内部FIFO存储数字量结果。系统充分利用FPGA 的可编程资源, 有效降低了硬件设计复杂度,无需上位机或者ARM,节约成本,系统小型化便携化。实验表明, 该系统有效克服 光源及电子学噪声影响,可对1mm－29 mm的中型尺寸物体进行测量 ,误差小于2μm。     

用像元重叠采样提高CCD成像分辨率的方法

使用两种电子变焦方法,进行了不同空间分辨率、不同环境条件下图像的模拟。通过 对两种模拟方法效果的比较,提出一种提高CCD成像分辨率的方法,在不改变CCD像元尺寸的前提下,使各相邻像元对应的地面采样目标进行部分重叠,达到提高CCD成像分辨率的目的。     

基于CCD标定的微像素精度图像定位技术

基于光电成像器件CCD的点目标定位技术被广泛运用于天文定位、侦察等民用及军用方面。传统点目标定位精度一般为亚像素级,受CCD自身成像误差限制,目标定位精度难以大幅提高。提出通过干涉条纹对CCD进行标定,从而得到CCD频域像素响应函数的精确表达式,由此重构高质量的目标入射光场图像,进而提高光电成像系统对点目标定位的精度。首先建立了干涉条纹标定CCD及目标光场图像重构的理想模型,并通过仿真验证了点目标图像重构效果以及最终点目标的定位精度。仿真结果表明,经干涉条纹标定CCD后,重构的目标光场图像质量得到大幅度的提升,接近于CCD像面前入射光场图像,通过高斯曲面拟合得到点目标形心坐标及其微位移的提取精度均达微像素级别,相比于传统的亚像素定位,定位精度得到了大幅度的提高。     

接触线几何参数CCD交汇测量分辨率及精度分析

采用双CCD交汇测量技术对电力机车接触导线磨损面边界点进行精确定位,可以实现导线高度、拉出值、磨损宽度等几何参数的非接触实时测量,而边界点定位精度及分辨率会受测量系统的光学参数、结构参数等的影响.基于交汇测量机理,推导出了接触线几何参数测量的表达式,详细分析了分辨率和测量精度与边界点位置、CCD像元尺寸、成像镜头焦距、两CCD之间的距离、交汇仰角等参数之间的关系,并进行了数值模拟.在此基础上,结合测量条件及技术指标完成了各参数的优化设计,得到了理论上能达到的最佳测量精度和分辨率,同时对测量装置的制作和安装提出了合理化的建议.     

基于改进的Canny算子和Zernike矩的亚像素边缘检测方法

为满足电荷藕合器件(CCD)图像测量系统的快速、高精度测量要求,提出了一种基于改进Canny算子和Zemike矩的图像亚像素边缘检测新方法.该算法先利用改进的Canny算子进行边缘点的粗定位,在像素级上确定边缘点的坐标和梯度方向,然后再根据构造的边缘点向量和参考阈值,用Zernike矩算法对边缘点进行亚像素的重新定位,...     

白光辐照多光谱CCD的干扰效应研究

为了研究多光谱CCD相机的干扰效果,分别采用氙灯(白光)、671nm激光、473nm激光和532nm激光对多光谱CCD相机进行干扰实验,提取了红、绿、蓝三通道下的干扰图,并对干扰效果进行了分析,最后利用光生载流子的扩散模型对白光辐照多光谱CCD进行仿真。结果表明, 白光辐照多光谱CCD相机时,红、绿、蓝三通道会同时被干扰,干扰效果明显优于单波长的干扰效果;当白光的入射功率为10.5μW时,白光辐照多光谱CCD的饱和像元数为2382pixel,随着入射功率的增大,多光谱CCD的饱和像元数也逐渐增加,当白光的入射功率为980μW时,白光辐照多光谱CCD的饱和像元数稳定在320078pixel;多光谱CCD对各个波长连续激光干扰响应程度从大到小依次为白光、532nm、473nm、671nm;仿真所得干扰图以及饱和像元数随激光功率的变化关系曲线与实验结果基本相符。该结果有助于多光谱CCD相机干扰机理的深入研究。     

提高CCD测量精度的方法研究

为了大幅提高CCD的测量精度,提出了一种全新的CCD使用方法。该方法是将像素间距为H的CCD器件的像素行沿与被测边缘垂直方向成一定角度α来进行摆放。此时,单线阵CCD的最大测量误差减小为H×cosα,N个线阵CCD等距错排并以α角度斜放,最大测量误差将减小为(Hcosα)/N,当列间距为h的面阵CCD沿被测对象轴向斜放时,最大测量误差减小为h×sinα。分别采用单CCD和双CCD,对直径为5.000,8.000和12.000mm的三个标准杆件的直径进行了测量。结果表明,双CCD斜放,可获得更高的测量精度。该方法可从理论上彻底打破CCD像素间距的限制,并使CCD的测量精度大幅度地提高,进一步拓展CCD的应用范围。     

像元几何形状对CCD调制传递函数的影响

本文从CCD的采样理论出发,以六角形和矩形像元为例,对具有相同采样面积但像元几何形状不同的阵列调制传递函数（MTF）进行了理论分析和数值模拟。模拟结果表明：CCD像元的几何形状对MTF有不同程度的影响。     

基于CCD图像的平板显示器像素的亮度分析

在当今以数字化为主要特征的显示领域,CCD摄像器件在光电图像信息的获取与处理中起着极其重要的作用。文章根据CCD的成像特点,阐述了数字显示的像素亮度与CCD感光像素之间的关系,建立了基于CCD图像的数字显示像素亮度、整屏显示的亮度均匀度的理论基础,以及单像素的发光形状的概念,并给出了LED显示模块相关的分析结果,表明这种基于CCD图像的数字显示像素亮度分析方法是快捷有效的。     

粗调平状态数字天顶仪定位方法研究

针对传统数字天顶仪定位方法中存在仪器需精确调平,数据拟合模型参数求解不准确和定位迭代过程复杂的问题,提出一种粗调平状态数字天顶仪定位方法。严格推导了水平状态下CCD图像坐标的计算式,利用倾角仪输出值与粗调平状态下CCD图像坐标计算得到水平状态CCD图像坐标;对粗调平状态下恒星切平面坐标进行分析,分析结果表明粗调平状态下对应的切平面与水平状态下对应的切平面基本平行,粗调平状态下的切平面坐标可直接用于数据拟合模型的建立;通过抗差M估计计算数据拟合模型的参数,抑制了粗大误差对参数解影响,提高了数据拟合模型的准确性;最后,通过联立数据拟合模型方程组解算旋转轴的CCD图像坐标、剔除迭代过程中的数据拟合模型反变换以及取切平面坐标平均值的方式优化定位迭代过程,提高定位解算效率的同时保证了数字天顶仪的定位精度。实验结果表明:粗调平状态定位方法的定位精度与精调平状态的定位精度基本相同,其中粗调平定位方法的定位经度精度为0.306,纬度精度为0.292,满足数字天顶仪定位精度的要求。     

高能X光闪光照相中CCD相机的MTF

鉴于CCD相机系统在奈奎斯特频率附近出现的较严重的像元对信号的调制现象,提出了一种空间全分辨的概念,对CCD的调制传递函数(MTF)进行了分析.模拟了高能X光闪光照相环境及CCD器件性能参数对CCD的MTF的影响.得出了CCD相机极限分辨率的决定因素是CCD像元尺寸,高能X光闪光照相环境是影响CCD的MTF的重要因素的结论.在CCD像元尺寸受限的情况下,尽量减少高能X光闪光照相环境的影响成为改善CCD相机MTF的最有效途径.     

基于线阵CCD的激光FPC加工定位方法研究

为在FPC激光柔性加工系统中对FPC板进行精确定位,本文提出了一种基于线阵CCD的精确定位方法。首先阐明了线阵CCD的工作原理和激光FPC加工过程的定位原理。然后分析了采集数据的处理方式,并给出了定位操作的流程。最后通过计算相对坐标实现了线阵CCD定位,总结出了该定位方法具有定位精度高、操作灵活、视场大等优点。