中阶梯光栅光谱仪CCD相机的设计

为了高精度采集中阶梯光栅光谱仪的谱图,设计了一种适用于中阶梯光栅光谱仪原理样机的高性能面阵CCD相机。首先,根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特点和CCD芯片的特性,设计了面阵CCD相机的时序产生电路、驱动电路及数据采集处理电路,实现了面阵CCD相机的低噪声、高灵敏度以及高动态范围。然后,利用LabVIEW编写了CCD相机测试软件。最后,利用设计的面阵CCD相机对汞灯谱线进行了测试。结果表明:面阵CCD相机获取的二维谱图图像清晰、信噪比较高;经二维谱图还原后,可以得到标准的汞灯谱线。该相机性能稳定、可靠,满足中阶梯光栅光谱仪原理样机的研制要求。     

太阳光栅光谱仪方案设计

简述了光谱仪的原理、阶梯光栅的基本原理和光栅光谱仪的特性参数。针对目前国内正在研制的光纤阵列太阳光学望远镜,提供了一种太阳光栅光谱仪结构的设计方案。根据太阳光栅光谱仪接收整个太阳光谱的要求,该方案采用了双狭缝设计。根据太阳光栅光谱仪尺寸大、分辨率高、色散大的特点,该设计方案采用了白瞳设计,并对结构中各个元件的选择进行简要阐述。光谱仪采用光纤接入,光栅工作在准Littrow角条件下,以获得高衍射效率,同时辅以棱镜增大横向色散,分开重叠的光谱级次。整个系统结构简单紧凑,可以有效地缩小光谱仪尺寸。     

中阶梯光栅光谱仪的光学设计

为了在更宽波段范围内获得较高的分辨率,实现全谱直读,对中阶梯光栅光谱仪进行了研究。简述了中阶梯光栅及中阶梯光栅光谱仪的基本原理,分析并比较了这种光谱仪与普通平面闪耀光栅光谱仪的区别。利用光学成像原理与消像差理论设计了Czerney-Turner结构形式的中型高分辨率中阶梯光栅光谱仪原理样机的光学系统。该光学系统工作在原子谱线最为密集的200～500nm波长处;为简化计算,在设计中消除了350nm波长的所有像差;光线对中阶梯光栅在准Littrow条件下入射,以获得高衍射效率;使用折反射棱镜作为交叉色散元件来分离重叠的级次,在CCD探测器上获得了二维光谱面。该光学系统有较好的平场特性及点对点成像能力,在整个工作波长分辨率可达到2000～15000,满足设计要求。该仪器可用于原子发射和吸收光谱的研究工作,通过替换不同的探测器及增加外围电路与软件平台,仪器的工作性能可进一步提高。     

中阶梯光栅光谱仪自动化波长提取算法

基于质心提取的线性拟合法,提出了一种自动化快速处理中阶梯光栅光谱仪谱图的方法,解决了中阶梯光栅光谱仪无法直接通过交叉色散形成的二维光谱图标定入射光波长的问题。根据中阶梯光栅光谱仪光谱图背景光的分布特点,采用背景扣除法处理光谱图,提高了后续光谱图光斑提取算法的运算效率。利用基于质心的曲线拟合中心定位算法,将光斑位置的提取精度提高到亚像素量级。建立了中阶梯光栅光谱仪理论谱图与实际二维谱图的自动匹配模型,并根据光栅的线性色散特性,采用插值法计算谱图还原模型中未列出的坐标位置处的波长。实验结果表明:该算法对整个谱图的处理时间不超过3s,波长提取精度达10-2 nm,不仅实现了中阶梯光栅光谱仪波长的自动化提取,还提高了波长提取精度。     

高分辨率阶梯光栅光谱仪的光学设计

简述阶梯光栅的基本原理和在天文学中的应用,分析并比较了阶梯光栅光谱仪与普通平面闪耀光栅光谱仪的区别。为正在研制中的一架国产4m通光口径的光谱巡天望远镜(简称LAMOST)设计了高分辨率阶梯光栅光谱仪的光学方案,该设计方案采用了白光孔径准直镜系统,大闪耀角的R4阶梯光栅和无遮拦的离轴折叠Schmidt照相机。     

中阶梯光栅光谱仪的谱图还原与波长标定

研究了与中阶梯光栅光谱仪相关的二维重叠光谱的实时还原与波长自动标定技术。基于分光系统主色散及横向色散规律及它们之间的相互关系,建立了3个变换矩阵M1,M2和M3,由此给出了中阶梯光栅光谱仪面阵CCD上所有接收点处空间坐标与波长关系的谱图矩阵Mλ-XY,利用中心波长与自由光谱区特性获得了理想的无重叠谱图数据模型。提出了信号光斑识别方法,并对信号光斑位置坐标进行准确定位;结合所建立的谱图数据模型,实现了对二维重叠谱图的快速还原与标定。实验结果表明:该方法在中阶梯光栅光谱仪谱图分析中不仅实时性强,而且波长精度可达0.01nm,满足中阶梯光栅光谱仪高分辨率、全谱瞬态直读等要求。     

中阶梯光栅光谱仪光学系统的安装及检测

本文详细介绍了中阶梯光栅光谱仪光学系统的安装及检测方法。通过对光学系统中狭缝、准直镜、棱镜、中阶梯光栅及聚焦镜的准确安装,使之达到设计精度要求。在光学元件的安装过程中介绍了中阶梯光栅光谱仪所特有的安装方法,及保证精度的手段,最后对光学系统的分辨率进行了检测,以瑞利判据为基础推导出分辨率的计算公式,并经实际测量得出了中阶梯光栅光谱仪的分辨率。从结果上看该中阶梯光栅光谱仪的分辨率达到10000,已经达到了设计要求,同时证明了所使用的安装方法的正确性。     

线阵CCD相机电路设计

本文以TCD1501C为图像传感器,描述了线阵CCD相机电路的设计过程。介绍了CCD驱动、A／D转换、对外接口部分,并给出了解决方案和实现方法。     

机器人手眼镜的光学设计

手眼视觉系统是一类重要的机器人视觉系统,具体介绍了一个用于机器人手眼视觉系统中的手眼镜的光学设计。该镜头设计采用了反远距的结构型式,满足了大视场、短焦距、长工作距的设计要求。在选用光学材料时又避免使用在一般大视场、短焦距、长工作距系统中常用的镧系玻璃,选用了常用的两种普通光学玻璃。     

TDI CCD相机成像单元仿真测试仪的设计

在航天遥感TDI CCD相机研制的过程中,为了给相机传递控制参数研制了航天遥感相机成像仿真测试仪.采用单片机和液晶显示模块,系统可以根据不同任务需要设置参数,查询参数,发送参数,通过液晶屏实时显示输入的数值,通过串口传入TDI CCD相机.TDI CCD相机成像单元仿真测试仪可以灵活、快捷、可靠地改变相机的行周期、增益、级数、偏置.采用内部控制方式,即不需要其他控制器(包括计算机),直接通过此控制器前面板的键盘输入控制指令,该控制方式简单、快捷,非常适合于野外、或不具备与计算机联系的应用场合.     

基于多姿态变化相机的CCD焦面组件热设计

为了保证CCD器件处于较小的温度波动范围,针对具有多姿态变化特点的空间相机,进行了CCD焦面组件热控系统的设计。根据具有不同温度膨胀系数的材料遇热变形不同的原理设计了该热控系统的关键部件－热开关;基于轨道分析计算所得到的地球阴影数据和太阳矢量方向变化情况,考虑了相机本体的遮挡关系,并结合相机姿态变化的特点,提出了由热开关控制双辐射板散热的方案;对此热控系统进行了具体的热设计;利用I-DEAS/TMG软件建立相机的热模型并进行了计算机仿真。结果显示仅采用被动热控措施的CCD焦面温度波动12.34℃,同时采用主动、被动热控措施后减小为1.73℃。满足热控指标的要求,热设计合理、有效。     

空间相机CCD电箱结构设计与分析

空间相机CCD电箱必须经受严酷的应用环境考验,综合考虑了空间热环境、电磁兼容性及结构轻量化的要求,对某大口径空间相机CCD电箱进行了结构设计与分析。运用计算机辅助工程分析(CAE)技术,对CCD电箱进行了线性静力分析、均匀温升分析和模态分析。分析结果表明:过载及10℃均匀温升工况下CCD电箱最大应力为77.8,远远小于材料屈服应力。结构一阶固有频率149,改进后一阶固有频率提高到281,说明电箱组件具有足够高的静动态结构刚度和热尺寸稳定性,能够满足空间应用要求。     

CCD摄像机全自动调光系统

在CCD摄像系统中,利用电子快门和可变光阑有机结合,在单片机控制下实现全自动调光,不仅扩大了调光的动态范围,而且可有效地控制对运动目标摄像时产生的像移,其最大像移控制在0.0024mm.这些方法应用到使用空间受到限制的小型电视摄像系统中具有现实意义.     

Single line CCD camera to improve positioning

This article describes an opto-electronic device that allows on-line visualization of the optical intensity function along a strip. The use of a linear optical charge-coupled device (CCD) array eliminates all moving parts. This makes adaptation to a standard microscope possible without modifications. The setup described here is essential where precise positioning of a reference graticule on diffuse lines must be performed.     

基于现场可编程门阵列的CCD相机自动调光

针对CCD相机在一些特殊场合成像时遇到的前后两帧图像场景不一致、应用环境多样性等问题,提出了一种基于图像直方图统计和分块均值的自动调光算法。该算法首先分析一帧图像的亮度分布,并计算出下一帧图像的最佳均值。然后根据该均值调整下一帧图像的曝光量,使其合理曝光。实验结果表明,利用此方法可以获得整体亮度合适的图像。在统计直方图后,计算最佳均值只需利用到直方图和几个均值,与图像本身的大小没有关系,所以计算量非常小;在像素时钟为60MHz时,每次计算时间为6μs。另外,此方法具备较好的场景适应能力,满足场景时刻变化时CCD相机自动调光以及实时性的要求。     

CCD摄像机快速标定技术

在视觉检测系统中,针对视觉传感器数量多,且每个摄像机需标定的内部参数及外部参数较多的特点,提出了一种新的简单的快速摄像机标定方法.分析了摄像机的各个关键参数,采用了全线性标定方法和矢量分析法,逐步求出CCD摄像机的参数.该方法具有标定速度快、精度较高、实用和算法性能分析容易等优点,适用于一般视觉检测系统的摄像机参数的标定,尤其是大型视觉检测系统中多视觉传感器的摄像机参数的标定.实际结果表明,摄像机标定误差优于0.05mm.     

CCD相机实时自动调光系统

为了实时调整高帧频CCD相机,获得高质量图像,提出了一种基于分档电子快门控制和增益控制相结合的复合控制方法,实现了快速、高精度调光.其算法主要由三部分构成:二次均值灰度权值的累加, 基于分段二次函数的自动快门控制和基于数据分析的自动增益控制.采用共享的乒乓缓存策略来保证算法在自行设计的硬件平台得到有效验证并连续显示.实验结果表明,该算法具有良好的图像质量,捕获的视频图像在各种条件下,均具有快速的收敛性和适应性.     

多光谱 CCD 相机几何标定技术研究

多光谱CCD相机的技术特点是利用不同遥感谱段获得同一目标图像,通过不同谱段图像的组合,获取地物目标的物理特性。为了使多光谱CCD相机同时还具备测绘功能,能对获取的地物目标进行精确定位,发射前需要在实验室对多光谱CCD相机的几何参数进行精确标定。多光谱CCD相机几何标定是相机研制过程中的关键环节,是确定相机在惯性坐标系中姿态的必不可少的关键技术。本文着重介绍了多光谱CCD相机几何标定设备、标定方法和标定精度。多次标定结果表明：主距的标定精度优于10μm （1σ）,主点的标定精度优于2.1μm （1σ）,畸变的标定精度优于1.5μm （1σ）,满足多光谱CCD相机几何标定精度的要求。     

基于CCD相机的光纤传像器件光谱透过率测试仪设计

光谱透过率是分析光纤传像器件透光性能的一个关键参数,提出了一种用积分球与CCD相机的光谱透过率测试仪的原理、组成和图像处理软件。方法是通过计算不同波长下图像的灰度值,测量光谱透过率。对仪器所需的光源、滤光片的特性进行了分析。测试结果表明,对于不同厚度的光纤传像器件,光谱透过率的变化规律基本一致。检测证明这种仪器测试速度快、操作方便,测量结果准确可靠。     

天文观测CCD相机中Smear效应的消除

为了有效消除帧转移型相机的Smear效应,针对其成像机理及特性,提出了一种基于背景估计的适用于序列图像中Smear效应的消除方法.该方法通过对含有Smear效应的原始图像灰度分布进行统计分析,自适应判定Smear效应的发生位置;然后,采用截尾均值滤波(ATMF)技术高精度估计Smear效应的强度;最后,通过差分的方式消...