星上时间延迟积分CCD拼接相机图像的实时处理

提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的时间延迟积分(TDI)CCD图像实时处理方法以提高拼接成像系统输出图像的质量和视觉效果。首先,对TDICCD成像系统进行像元级非均匀性校正,去除像元响应差异、固定图形噪声和暗电流噪声;对图像进行了基于行极值的自适应中值滤波,去除了图像中的随机噪声和脉冲噪声。然后,对噪声处理后的图像进行图像增强,通过提取图像的低频和高频成分,实现图像细节信息的调整和对比度增强。最后,采用基于行的分段线性拉伸方式,提高图像的动态范围。设计了基于FPGA的TDICCD成像系统的图像实时校正处理结构,分析了算法占用的资源、算法计算误差和可靠性等指标。实验结果表明,提出的图像实时处理结构将图像输出信噪比均值由48db提高到52db,图像非均匀性由3.41%降低到1.73%,图像的对比度显著增强,其动态范围提高了6%.     

科学级TDICCD相机的行频精度

从工程实际出发,以相机侧摆成像为例,系统分析了行频精度对TDICCD相机成像质量的影响。首先,推导了相机侧摆时焦平面各像元的像移速度求解公式,建立了侧摆角度与像移大小的一般关系式。在此基础上,采用调制传递函数(MTF)作为评价相机成像质量的指标,分析了像移失配对MTF的影响,计算导出了行频精度对成像质量的影响。结果表明,侧摆角度越大,积分级数越高,对行频精度的要求就越高,反之越低。在实际工程应用中(侧摆35°条件下),积分级数为64级和96级成像时,行频精度只要分别不低于0.54%和0.36%就能使MTFmatch≥0.95,满足系统对传递函数的要求。将实验结果与计算分析结果进行对比,验证了分析的正确性,该结论对实际工程应用和设计有指导作用。     

多路高速TDICCD图像数据存储系统

针对某空间遥感相机图像数据输出通道多,传输数率高的特点,设计了一种多路高速TDICCD图像数据采集系统,并应用于该相机的地采设备中;设计采用了并串相结合的方式,首先利用FPGA控制SDRAM阵列实现多路高速图像数据的并行采集,然后根据上位机命令,将各路图像数据串行发送到采集卡,采集卡将数据写入SCSI硬盘完成最终存储;实际完成了并行5通道,传输速率高达96M的TDICCD图像数据存储;5通道有效数据达到2.95Gb/s,单路存储深度为7810行数据;实验证明该系统工作稳定,灵活可靠,能按需存储图像数据,满足了多路高速TDICCD图像数据存储要求.     

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...     

航天高速TDICCD相机视频信号采样技术

针对航天高速TDICCD相机,为了提高其成像质量,提出了对相关双采样信号进行纳秒级延时的精确采样方法和对驱动芯片的温度漂移进行自适应补偿的方法.首先介绍了相关双采样(CDS)的原理,分析了采样位置对TDICCD相机的影响,然后提出了利用FPGA内部进位链资源实现纳秒级延时从而对采样信号进行精确调整的方法,同时分析了驱动...     

用可编程计数器/计时器芯片8254实现两路分辨率可变的高速PWM输出

在一些工程应用中,对于一般的连续型控制,可用脉冲宽度调制(PWM)法来完成数字信号至模拟信号的转换.本文给出的用8254内部计数器实现两路高速PWM输出,可以通过软件编程的方法产生不同分辨率和周期.它具有分辨率高、周期短的优点.     

星上多通道TDICCD相机内部的图像实时合成压缩

为了解决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,在相机的结构上进行创新,提出了一种基于FPGA平台实现的星上TDICCD遥感图像实时合成压缩方法。首先,介绍了星上多通道遥感图像实时合成压缩的原理;然后,针对TDICCD线阵推扫成像模式的特点,采用基于行的2D-DWT整型提升算法,提出了比特平面和编码过程全并行的EBCOT结构,实现了在对图像数据进行整合的同时进行图像的近无损压缩;最后,搭建试验平台进行验证,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,系统稳定,恢复图像的PSNR可以达到84 dB,满足大于80 dB的成像质量要求。处理每行的平均时间61.2 s小于相机的最小行周期63 s。算法稳定可靠,实时性好,实现了相机内部的合成压缩,满足实际工程需求。     

遥感相机焦面CCD机械拼接中重叠像元数的确定

针对推扫式遥感相机前后摆成像中焦面拼接的CCD其像片间出现视场漏缝的问题,提出了一种焦面CCD的非均匀重叠像元数机械拼接方法.首先,构造了相机前后摆的成像原理模型;接着,分析了CCD间产生地面视场漏缝的原因,并依据模型推导出相机前摆和后摆时各CCD视场间漏缝大小的数学公式,从而得到各片间容许的最少重叠像元数量公式.在此基础上,进一步给出了后续电子学图像拼接与配准中片间重复像元数的函数形式,为实现图像无缝拼接提供了软件实现依据.分析表明,该方法的理论误差ε小于一个像元尺寸,即|ε/D|＜1.最后,给出了工程应用实例.     

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。     

侧摆成像下多片TDICCD拼接相机分段异速研究

针对多片TDICCD拼接相机,为提高其在侧摆成像时的成像质量,减少系统设计难度,提出了不同成像加载参数时的行频调整模式。推导出相机侧摆时拼接TDICCD各像元的行频求解公式,建立侧摆角度与行频的关系式。以调制传递函数（MTF）作为评价相机成像质量的指标,详细分析在侧摆成像时对不同积分级数的分段异速调整方式。结果表明,侧摆成像时为满足系统对传递函数下降不超过5%的要求,侧摆角度越大,积分级数越高,行频调整越复杂,反之越简单。在积分级数不超过64级、侧摆角度不超过40°时,工作方式可以简化为按照相邻两片TDICCD同一行频工作,该结论对实际工程应用和设计具有指导作用。