应用双排TDI CCD提高空间推扫遥感相机动态范围

考虑空间相机观测场景的动态范围很大,本文提出了采用双排时间延迟积分(TDI)CCD来提高相机动态范围的方案。对两排TDI CCD分别设置不同的积分级数。得到的积分级数高的CCD图像虽然可能存在饱和区域,但暗区域极易分辨;积分级数低的CCD图像虽然不利于暗区域的分辨,但可以较好地观测亮区域的层次。最后,根据积分级数的差别对两排CCD的图像数据进行合成来获得大动态范围图像。结果显示,该方案有效地提高了相机的动态范围,当积分级数分别设置为8和48时,动态范围可以提高15.56dB。     

空间光学遥感器的多光谱TDI CCD信号检测及仿真

为了实现采用高性能多光谱TDI CCD 对空间光学遥感系统的合理设计及应用,提出了对CCD控制信号的高速并行实时检测方法和视频图像连续输出的仿真设计方案。利用CCD行读出及转移的200µs周期,对48路控制CCD驱动信号和31路直流偏置信号进行并行实时逻辑分析及检测。同时,把预制的CCD模拟图像,从磁盘阵列经PCI-X及LVDS总线高速传输到由FPGA、D/A、放大和滤波电路组成的视频图像生成系统,实现可连续、实时输出各种模拟测试图像。实验结果表明,可同时输出3路6MHz频率的彩色图像和8路12MHz频率的全色图像象素信号波形。象素信号基准电压8V;振荡幅值0～1.7V。有效采样时间和信号稳定度均满足成像电路的仿真测试要求。     

星载TDI CCD动态成像全物理仿真系统设计

基于高精度卫星姿态控制仿真三轴气浮台,研制了高精度卫星姿态控制仿真子系统,用于为地面TDI CCD动态成像仿真系统提供真实的仿真环境。根据TDI CCD实际成像原理,采用软件模拟替代实际线阵相机的TDI电荷转移迭加过程,研制了基于面阵CCD的星载TDI CCD动态成像仿真系统。利用该系统,实现了最高指向控制精度为0.1°,姿态稳定度为0.01(°)/s的卫星姿态控制仿真实验,模拟了积分时间为0.1 s的TDI CCD相机4~16级动态成像过程。研究了卫星姿态对TDI CCD相机拍照的影响,分析了实际航天高性能TDI CCD相机成像建模理论。像移速度匹配误差为0,姿态稳定度大于0.01(°)/s的实验显示了物理仿真与数学仿真结果与理论分析基本一致,不仅验证了该平台物理仿真方案的正确性,也初步验证了航天CCD成像建模理论的正确性。     

利用CCD拼接实现推扫式遥感相机的自动调焦

根据空间推扫式遥感相机CCD的拼接结构,提出了利用CCD重叠区域的图像指导自动调焦的方法。首先,介绍了空间推扫式遥感相机的CCD拼接结构;根据推扫式成像的特点,利用具有并行处理数据能力的现场可编程门阵列(FPGA)同时接收多个CCD重叠成像区域的图像数据,并计算图像质量评价值。然后,选取图像质量评价值最大的3个重叠区域作为表决调焦方向的依据。最后,通过实验分析说明了本方法的可行性。试验中,相机的推扫频率为10kHz时,调焦一步的时间为0.2s,表明本文的调焦方法具有较好的实时性。提出的方法为空间推扫式遥感相机的在轨自动调焦提供了可行依据。     

推扫式遥感相机超满阱大动态范围成像

为了提高推扫式遥感相机的动态范围,对应用DTDI(Digital domain Time Delay Integration)技术并采用固定积分级数的成像方法以及高动态范围图像的显示方法等进行研究。首先介绍了DTDI技术基本原理,然后利用该技术突破传统模拟域TDI的满阱电荷限制,获得更高深度、更大动态范围的灰度图像数据,进而拓展了推扫式遥感相机的动态范围。最后结合图像熵和图像灰度分布方差构造评价函数,并将其作为判据选择被关注目标高动态范围图像的最优显示窗口,将信息量最大、层次最为丰富的区间自动显示出来。计算和实验结果表明,当固定积分级数为64的时候,推扫式遥感相机的动态范围可以有效地提高36.124dB;基于评价函数的显示窗口自动选取方法较人工选择能够更加快速、准确地显示最优结果。本文提出的方法能够基本满足推扫式遥感相机领域大动态范围成像及选择显示的需求。     

光学成像遥感器调焦控制电路仿真测试

提出了一种利用数据采集卡和计算机仿真技术检测和监控光学遥感器调焦控制电路的方法。通过对调焦控制电路的理论分析和实际测量,以数理逻辑、信息技术和系统技术为基础,构造了频率检测、电压检测、编码器反馈的仿真测试数学模型。应用计算机高速信息采集和智能控制技术,设计了调焦控制电路的仿真及测试系统,并进行了实验研究。实验结果表明,该系统能够准确测量工作频率在1.2 kHz以内,控制电压＜40 V的调焦控制电路,完全满足对光学成像遥感器调焦控制电路的仿真及检测要求,并可长时间、方便、高效地监控调焦控制电路的工作运行情况。     

推扫式航空遥感器像移补偿精度的分析

推扫成像是航空遥感成像中一种重要的工作模式,在该模式下飞行器的速度、航高、姿态角与姿态变化速率等因素会影响遥感器成像质量;如何对这些影响因素进行误差分析与误差分配是研制推扫式遥感器中的一个重要问题。本文通过运动的分解采用光线矢量与光轴旋转变换相结合的方法,在考虑偏流姿态角的调件下建立了系统像移模型;最后通过对各参数的误差分析与分配,应用蒙特卡罗法分析推扫式航空遥感器像移补偿的精度。     

轴向温差对空间遥感器光学系统成像质量的影响

利用有限元分析计算了轴向温差对主、次镜面形的影响,对光学系统成像质量进行了评价。用PATRAN软件建立有限元模型,用NASTRAN/NT有限元分析软件完成温度场的分析计算。用Zernike多项式曲面拟合系数表示轴向温差对主、次镜面形的影响,通过ZEMAX软件分析对光学系统成像质量的影响,实现了热分析与光学分析的接口。结果表明:轴向温差不仅使光学系统产生像面位移—离焦,而且将产生各种像差,降低光学系统的成像质量,所以在调焦的同时,必须采取温控措施。最后给出了轴向温差具体的温控指标,主镜的轴向温差为0.8 ℃,次镜为1.0 ℃,主、次镜之间为3.0 ℃。     

空间环境对光学成像遥感器尺寸稳定性的影响

现代科技和军事的发展,对空间光学成像遥感器的分辨力要求不断提高,遥感器在空间环境下的尺寸稳定性显得更加重要.从所经历的空间环境入手,详细分析了遥感器在运载阶段和空间在轨运行阶段经历的动力干扰源及其加载方式和响应情况,空间在轨运行阶段经历的热环境和响应;阐述了遥感器动态成像质量评价方法和热光学分析等问题.指出今后研究的重点和发展方向是空间动力干扰源的定量化和TSO一体化等.     

空间遥感器CCD组件热设计

空间遥感器直接面向轨道热环境,热设计十分复杂.CCD子系统作为成像的重要组成部分,热设计的好坏直接关系到成象的质量.本文分析了此空间遥感器CCD组件的热传递路径和热工程设计,重点对热设计组件热管辐射器进行了设计计算和热辐射校核,最后把此组件代入整机有限元分析模型进行了热分析,初步实现了热控设计的指标要求.     

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...     

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。     

星上多通道遥感图像的实时合成压缩

针对星上图像整合电路工作频率过高而造成的成像系统工作不稳定的问题,讨论了相机结构的改进,提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）平台实现星上时间延迟积分CCD（TDICCD）遥感图像实时合成压缩的方法。介绍了星上多通道遥感图像实时合成压缩的原理。针对TDICCD线阵推扫成像模式的特点,使用改进的JPEG-LS压缩算法;通过自适应量化动态地控制码率,在FPGA硬件平台上实现了图像数据的实时合成压缩。试验验证结果表明,在无损压缩和2倍压缩时,系统主时钟从原来的100 MHz分别降低为80 MHz和64 MHz,整合电路的工作稳定,恢复图像的峰值信噪比（PSNR）满足大于80 dB的要求。提出算法的存储量小,处理每行的平均时间为57.5 μs,小于相机的最小行周期63 μs,满足实时性要求。本文系统可靠性高,算法稳定,实现了星上多通道时间延迟积分CCD相机内部的实时合成压缩。     

空间光学遥感器的辐射传递特性与校正方法

由于受大气背景辐射和自身光电响应特性的影响,对地观测的空间光学遥感器所获取的原始数字图像与景物真实的辐射亮度图像相差甚远 ,为此,通过对光学传感器辐射定标,建立了入射辐射亮度与输出图像灰度间的辐射响应函数,来实现辐射亮度图像的反演和辐射校正。根据光学遥感器辐射传递转换过程,采用泰勒级数和矩阵函数模型描述了"辐射响应函数"的物理概念,并提出了多次回归分析求解矩阵方程获得辐射校正系数的方法。在进一步的实验中,结合积分球扩展辐射源对某型号民用相机进行实验室辐射定标,获得了该相机的辐射响应函数。实验结果表明,该方法可行且实用。最后,对实验获得"辐射响应函数"的物理意义以及辐射定标精度等问题进行了讨论。     

基于彩色CCD的比色测温校正方法

基于彩色CCD的比色测温技术是当前高温测量领域中的研究热点之一.被测物体的发射率随辐射波长变化以及CCD光谱响应特性非理想是该方法的主要误差来源.通过对比色测温原理和CCD成像原理的分析,提出了含有发射率校正系数和CCD响应带宽校正系数的比色测温公式,以减少CCD光谱响应特性非理想和被测辐射体发射率变化带来的测量误差.提出利用黑体炉实验标定CCD响应带宽校正系数a、b,利用现场实验标定发射率校正系数c.实验表明,本方法能有效地减小测温误差,具有较强的实用性.     

静止轨道光学遥感器的滤光轮机构

为实现静止轨道空间光学遥感器的多谱段成像,研究了光学系统特定谱段的多光谱成像的方法。对两种滤光模式进行了对比,选择透射式滤光方案进行不同谱段光线的切换。结合本项目光学系统的特点,确定了在光学系统中光线集中度较高的焦平面附近设置滤光轮机构的方案。通过对多种转动机构特点的比较,设计了一种基于正五棱锥台基座的新型滤光轮机构,该机构由滤光轮组件和滤光轮驱动机构两部分组成。介绍了滤光轮机构的组成和工作原理,最后,在环境模拟试验前后对滤光轮机构进行了综合性能测试。测试结果表明:该机构具有结构强度高、结构紧凑、精度高、稳定可靠等特点。试验前后滤光片面形精度RMS值均优于λ/30,机构转动精度优于25″,机构自锁性能良好,满足复杂空间环境下光学遥感器多谱段成像的要求。