激光辐照行间转移型CCD的串扰效应

在采用一束激光辐照电荷耦合器件(Charged Coupled Device,CCD)图像传感器时,串扰效应是最重要的干扰之一.本文采用532 nm激光对一个行间转移型CCD进行辐照实验,观测到了一系列串扰现象,计算CCD的饱和阈值为0.32 mW/cm2.根据行间转移型CCD的工作原理和驱动脉冲时序,将串扰效应分为积...     

TDI CCD电荷转移对遥感相机成像质量的影响

由于多相位TDI CCD行间电荷转移引起的像移无法通过光、机、电等方法消除,本文研究了电荷转移对遥感相机成像质量的影响.首先,介绍了推扫式遥感相机的工作原理与前向像移补偿方法.接着根据TDI CCD行间电荷的转移方式,利用脉冲传递函数建立了电荷转移速度模型,并对TDI CCD电荷转移速度与景物像点移动速度进行了比较分析...     

行间转移大面阵CCD相机的Smear噪声实时去除

针对面阵CCD成像过程中产生的Smear特有噪声,以行间转移面阵CCD为例,提出了利用行间转移面阵CCD暗像元区域提取Smear的方法.介绍了行间转移面阵CCD的工作原理以及Smear产生机理,分析了Smear噪声的组成,利用相关双采样,哑像元校正等方法消除了Smear中的KTC噪声及暗电流噪声.提出了基于中值的快速均值滤波方法,消除了光粒子散粒噪声.最后,利用差分方法将滤波后的Smear从原始图像数据中减除,并采用双三次插值对消除Smear后的图像区域进行补偿.设计了以现场可编程门阵列+数字信号处理器(FPGA+ DSP)为核心处理器件的硬件实时处理系统,当相机工作在最高速工况3 frame/s时,系统可在1.265 ms内完成Smear提取及滤波,消除Smear后的图像区域灰度方差减小了95.34°.经过成像实验验证,该系统集成度高,满足实时需要,彻底消除了Smear噪声.     

面阵CCD KAI-0340DM高速相机的设计

使用常规CCD设计了高速相机系统,并解决了相机高速工作方式下的一系列难题.介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-0340DM的工作原理,采用高度集成视频处理芯片来产生各高速时序信号;通过提高驱动芯片与线路板的热传导效率增加有效散热面积从而降低芯片的温升;建立了高速运放电路的自激振荡模型,并采用有效方法克服了自激振荡;采用...     

基于FPGA的面阵CCD驱动时序设计

针对柯达公司的前照明行间转移型面阵CCD KAI-0340,对它的驱动时序进行详细的分析,设计满足CCD工作脉冲的驱动时序。采用Altera公司的可编程逻辑器件(FPGA)作为核心控制器件,完成自顶而下的模块设计,实现了硬件电路设计的软件化,开发效率得到了提高,软件程序可重复编程和修改。实验的仿真结果表明,设计的驱动时序能够满足CCD KAI-0340的正常工作。     

基于视觉和扩展卡尔曼滤波的位姿和运动估计新方法

估计两参考坐标系之间的相对三维位姿和相对运动 ,对机器人导航、机器人装配、测量、跟踪、目标识别和摄像机定标来说是一个非常重要的问题。用八元数来表示摄像机和运动目标两坐标系之间相对平移和旋转 ,在假设运动目标的三维几何尺寸已知 ,且摄像机和运动目标之间的相对运动为匀速运动的情况下 ,由单个针孔摄像机获取运动目标的图像并测量其图像中的线特征点。由于旋转部分用四元数表示 ,状态转移函数是非线性的 ,测量函数由三维坐标变换和针孔摄像机模型所决定 ,存在严重的非线性 ,常规的卡尔曼滤波方法不适合 ,这里以扩展卡尔曼滤波方法作为数学模型 ,对状态转移函数和测量函数进行线性化后 ,对摄像机和运动目标之间的位姿和相对运动进行了估计 ,仿真结果表明 :该位姿和运动估计算法具有良好的收敛性     

面阵CCD芯片KAI-1010M的高速驱动系统设计(最终版）

CCD芯片的驱动系统是空间数字测绘相机的核心部分之一,它关系到整个相机的性能和技术指标。简要介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构和驱动时序,采用新方法和低成本器件设计了该CCD芯片的驱动电路,把电源和电机控制的脉冲宽度调制技术引入到CCD驱动电路,采用超高速运放驱动高速负压信号以减小其上升、下降沿时间,达到高速低成本驱动要求,解决了驱动设计中的技术难点。实验结果表明：此CCD驱动系统采用低成本的器件设计,具有性能好,成本低,能够同时输出两路CCD电压信号,数据输出速率达15 frame/s,满足空间测绘相机系统的设计要求。若进一步改进电路,数据输出速率可达27 frame/ s。     

高分辨率CCD芯片FTF4052M的驱动系统设计

CCD芯片的驱动系统是数字航测相机的核心部分,它关系到整个相机的性能和技术指标。介绍了高分辨率全帧CCD芯片FTF4052M的内部结构和驱动时序,采用集成芯片设计了该CCD芯片的驱动电路并应用于数字航测相机系统,其中包括驱动电路的时序设计和所需偏置电源的设计。集成芯片SAA8103为驱动CCD芯片提供脉冲信号,与TDA9991协调工作产生CCD垂直行驱动时钟,与74ACT04芯片配合产生驱动CCD芯片的水平像素转移时钟。实验结果表明,此CCD驱动系统采用大规模专用集成芯片进行设计,具有性能好,功耗低,体积小的优点,能够输出两路CCD电压信号,数据输出速率达2帧/s,满足了数字航测相机系统的设计要求。     

面阵CCD芯片KAI—1010M的高速驱动系统设计

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构和驱动时序,采用新方法和低成本器件设计了该CCD芯片的驱动电路,把电源和电机控制的脉冲宽度调制技术引入CCD驱动电路,采用超高速运放驱动高速负压信号以减小其上升沿和下降沿时间,达到高速低成本驱动要求,解决了驱动设计中的技术难点.实验结果表明,此CCD驱动系统采用低成本的器件,性能好、成本低、能够同时输出两路CCD电压信号,数据输出速率达15frtame/s,满足空间测绘相机的系统设计要求.若进一步改进电路,数据输出速率可达27frame/s.     

基于电子倍增CCD噪声特性的最佳工作模式研究

基于电子倍增CCD的噪声特性选择合适的工作模式,有利于器件工作在最佳状态,获得最佳成像质量。文章介绍了反转和非反转模式的工作原理,分析了不同工作模式下暗电流与时钟感生电荷的表现并进行了对比。以工作温度、积分时间和垂直转移次数为参量,建立了最佳工作模式的数学模型,求解出最佳工作模式积分临界点,确定了电子倍增CCD的最佳工作模式并结合具体参数模拟了最佳工作模式下器件的噪声特性曲线。研究结果为电子倍增CCD工作模式的选取提供了切实可靠的理论依据,对电子倍增CCD的应用和设计具有重要的指导意义。     

线阵CCD信号小波降噪方法研究及MatLab仿真

随机噪声是影响CCD器件输出信号信噪比的主要因素,它包括1/f分形噪声和白噪声。小波变换是一种具有一定时间和频率分辨力的方法,它能够较好地滤除分形噪声。阐述其基本原理,利用MatLab小波工具箱,选择合适方法实现CCD信号的小波消噪。结果表明了该方法的有效性。     

CCD辐射响应函数矩阵的建立与应用

为了能采用物理意义明确的函数式来表述大格式电荷耦合器件(CCD)的性能参数,直观地实现对面阵CCD辐射性能的评价,本文提出利用“辐射响应函数矩阵”概念来表述CCD每个像元的辐射性能参量.首先,分析了该矩阵各元素的物理意义,提出了对CCD每个像元的绝对辐射响应度、响应非线性度、暗噪声、信噪比以及非均匀性的描述方法.其次,对面阵CCD KAI-16000进行辐射性能检测,并利用回归分析计算出各像元的响应系数.最后,以测试结果为例,讨论和描述该矩阵的应用和结果.实验结果表明:该CCD近似成线性响应,通过矩阵函数可以计算出CCD非均匀性为3.1％,暗噪声为3.84.此方法实用,满足对大格式CCD直观表述的要求.     

基于Bayer滤波的彩色面阵CCD调制传递函数

介绍了基于Bayer滤波获取彩色图像的方法.根据CCD离散采样的工作特点,构建了采用Bayer滤波的彩色面阵CCD的调制传递函数(MTF).通过数值计算和实验对基于Bayer滤波的彩色面阵CCD和单色面阵CCD的MTF值进行了对比分析.结果表明,基于Bayer滤波的彩色面阵CCD的MTF值显著低于单色面阵CCD的MTF值.当像元边长与对应中心距相等时,基于Bayer滤波的彩色面阵CCD在Nyquist频率处的MTF为0.067 6,单色面阵CCD在Nyquist频率处的MTF值为0.405 3;分辨率板成像实验表明,相同成像条件下,前者的分辨率比后者的分辨率降低约40％,基本符合MTF对比分析结论.     

用作图法判定航空相机TDI CCD积分方向

由于Time Delay and Integration CCD(TDI CCD)是一种类似面阵结构的线阵输出CCD,其光电荷转移具有一定的方向性,所以TDI CCD图像传感器的积分方向与CCD成像运动方向必须保持一定的关系才能成像。本文以推扫成像相机和摆扫成像相机为例,介绍了一种基于高斯成像原理的作图法,用以确定TDI CCD积分方向与传感器成像运动方向的关系,分析和论证表明,TDI CCD的积分方向必须与地物在像面上的像移方向一致。 实践证明这种方法可以清楚、简便、快速地确定TDI CCD的积分方向,从而确定TDI CCD的安装方向,适宜在实际的工程设计中采用。     

基于dsPIC通用数字信号控制器的液体折射率测量系统

提出一种基于dsPIC通用数字信号控制器（Digital Signal Controller,DSC）的液体折射率测量系统。分析了CCD图像传感器的工作时序、A／D转换器的工作时序。DSC器件内部集成的2个ADC模块简化了系统电路结构,节约了设计成本。实验证明利用此系统可以方便准确地测量液体折射率,准确度为±0．0005。     

基于高斯拟合测量CCD灵敏度均匀性

在精密度要求较高的图像测量领域中,CCD灵敏度的不均匀对测量精度有较大的影响。因此,提出了一种基于小孔衍射原理的高斯曲面拟合像面光场测量CCD灵敏度均匀性的方法。由于CCD自身的物理结构设计不均匀性、响应非线性以及暗电流等噪声因素使得光响应偏离实际值,该方法通过对CCD像面上感兴趣光场域进行高斯曲面拟合来确定零点像素的灰度响应。对所有像素测量完成之后通过归一化即可计算出CCD灵敏度均匀性。实验结果表明:对所使用的CCD47-10系列,计算其CCD灵敏度均匀性为2.14%。该测量方法基本满足设计原理简单、稳定性可靠、抗干扰能力强的要求,完成了快速、自动测量。     

基于小孔夫琅和费衍射法的CCD光电响应特性标定研究

对CCD的光电响应特性进行标定,是保障CCD测量系统测量精度和系统可靠性的关键技术环节,对系统测量结果有着直接的影响。对现有的各种CCD光电响应特性标定方法进行对比分析后,引入小孔夫琅和费衍射的方法。推导了该法中Airy斑的理论相对光强分布I/I0与CCD像素位置n之间的定量关系,完成了对特定面阵CCD光电响应特性标定实验。在数据处理过程中采用二次曲线拟合法准确获得了灰度曲线的峰值位置,实现了Airy斑归一化理论光强分布曲线与CCD实测灰度分布曲线对准,解决了这种方法的中心对准问题。最终的标定结果经误差分析满足要求。     

利用普通CCD实现百万帧/秒超高速成像的时序驱动技术

提出了基于普通CCD的掩模式成像技术来大幅提高CCD的图像获取速度,实现百万帧/秒的CCD时序驱动方法。介绍了加掩模后CCD的工作过程,利用掩模把普通CCD的光敏区划分为带有存储区的像素阵列,实现了普通CCD的片上存储功能。分析了利用普通CCD实现百万帧/秒超高帧频的时序驱动方法,掩模形状决定了帧速,帧数和图像的分辨率。对系统的时序结构、电荷转移方式和驱动电路进行了说明,通过特殊驱动电路和图像处理软件设计实现了百万帧/秒的超高帧频。最后,对驱动时序进行了仿真和实验验证。采用条状孔阵列掩模,基于普通CCD图像传感器进行了百万帧/秒工作速度的验证,获得了14幅79pixel×79pixel的图像,其帧频达到200×104 frame/s。文章所述技术具有一定的通用性。     

汽车前照灯光形检测的嵌入式系统设计

汽车前照灯的光形检测是保证汽车夜间安全行使的重要因素。伴随着嵌入式系统和CCD器件的广泛应用,采用嵌入式平台与CCD的搭配进行前照灯的检测就成了一个经济实用的好方法。将采集来的图像与标准进行对比,校验出两者之间的位置差异,从而调整待测灯光形位置与标准吻合。处理结果表明该系统完全满足汽车前照灯光形检测的性能要求。与传统方法相比,此种方法的集成化、智能化程度更高。     

CCD图像灰度与照度的转换标定方法

本文提出了一种基于CCD摄像机利用图像灰度获得实际照度的新方法,该方法适用于摄像机的任意曝光和增益参数,且考虑了摄像机安装位置和角度对测量的影响。CCD摄像机照度测量法的实际应用主要涉及两个过程:一是标定过程,即应用CCD摄像机进行照度测量前,标定CCD图像灰度与照度之间的转换参数和转换模型;二是照度测量过程,即通过CCD摄像机拍摄图像,将图像灰度代入已定的转换模型,获得测量对象的照度值。其中,灰度与照度转换模型的标定是利用CCD摄像机实现照度测量的基础和关键,文中主要讨论了该模型的推导过程以及标定方法。具体为:首先通过理论推导获得图像灰度与CCD传感器感应的相对辐照度的关系,然后借助以均匀光源搭建的实验系统标定CCD传感器相对辐照度与物面实际照度之间的关系,进而获得图像灰度与物面实际照度的转换关系。在转换过程中讨论了曝光时间、增益以及CCD相机与照度测量点之间的距离和角度对转换模型的影响,为CCD摄像机照度测量法的实际应用奠定了基础。实验结果表明本测量及标定方法适用于摄像机任意曝光和增益条件,经过本方法标定后,应用CCD摄像机进行照度测量,测量结果的相对误差在4.5%以内。