为了提高星上TDICCD相机成像系统的有效寿命，降低系统在轨运行状态变化后对成像质量的影响，提高星上系统可靠性，设计了星上实时辐射校正系统；通过旋转焦平面，完成星上实时辐射校正与处理，获得多片TDICCD通道间和像元间校正参数，提高相机成像系统的空间适应性和非均匀性指标。在FPGA内部完成校正参数实时存储与处理，并对参数的可靠性、稳定性进行优化。该方法能够实现相机在轨状态下的相机非均匀性校正参数的实时获取。测试结果表明：系统通道内的像元非均匀性能够提高到2.01%，能够实现星上实时辐射校正的功能，获得良好效果。

为了满足大面阵高帧频CMOS探测器成像系统的设计要求, 设计了基于GMAX0504探测器的CMOS成像系统, 实现高帧频、大视场的成像需求; 采用DDR3-SDRAM和NAND-FLASH, 解决了图像数据存储速率与容量的瓶颈问题; 通过图像处理的方法, 提高了图像动态范围、信噪比(SNR)与调制传递函数(MTF)的设计指标; 通过图像实时像元校正, 提高了成像系统的光响应非均匀性(PRNU)指标。实验结果表明, 图像信噪比(SNR)平均值为44 dB, 接近探测器的最大信噪比(SNR); 光响应非均匀性(PRNU)均值为1.4%, 满足成像需求。该CMOS成像系统设计结构可应用于更大面阵CMOS成像系统, 为工程应用提供了保障。

为了实现相关双采样模式下, 视频处理器LM98640的暗电平扣除功能, 设计了数字暗场扣除方法。通过获得TDI-CCD的暗场数据, 进行统计分析, 估算当前条件下的真实暗电平水平; 通过设置LM98640的偏置寄存器, 实现暗电平的模拟扣除功能; 通过暗场灰度动态检测和实时更新设置, 保证暗场在不同的温度水平下具有0~3的灰度均值; 通过时序控制, 保证偏置参数加载不影响图像内容; 通过偏置参数功能分区, 保证暗场扣除和偏置调整功能的完整性。实验结果表明, 该方法在TDI-CCD成像系统长时间工作时, 能有效控制暗场均值在0~3量化灰度范围。通过检测更新扣除机制, 实现了对噪声的帧扣除, 避免了行扣除不准确带来的噪声, 有效降低了沿轨方向高频分量。

为了补偿空间相机因所处复杂运载环境和空间运行环境导致的焦平面偏移, 研制了一套利用均力输出组件驱动, 正反双曲柄滑块机构传动, 直动组件导向的新型高精度调焦机构。介绍了其结构组成和运动原理, 并对其误差来源及影响因素进行了深入分析。该调焦机构采用两点支撑方式, 两支撑点均力输出且无同步性误差, 机构内应力小, 运行平稳, 调焦精度高; 运动副采用预压消间隙措施, 有效消除配合间隙, 无空回, 重复精度高。在模拟空间环境条件下, 对其各项参数进行了测试。试验结果表明, 该调焦机构可在±1.77 mm间调焦, 直线定位精度大于±8 μm, 重复性优于±2 μm; 同步性误差小于±4 μm, 重复性优于±3 μm; 调焦行程范围内调焦反射镜转角精度优于±5″, 重复性优于±1.5″。得到的结果能够满足空间相机在复杂空间环境下的成像需求。

为了获得高分辨力TDICCD 成像系统中高速视频处理器芯片的性能指标和成像效果，分析了成像系统视频处理器的参数设置、系统噪声类型和处理方法，设计了基于FPGA 的LM98640 芯片智能控制功能，实现了高分辨力TDICCD 视频信号的分时采样量化和精确采样调节控制功能，降低了TDICCD 相机电子学系统的噪声水平，提高了信噪比指标。经实验对比分析，基于LM98640 的TDICCD 视频信号处理系统，能有效提高像元处理速度和图像数据精度，成像系统输出图像信噪比可达到47.4 dB。

剖析了时间延迟积分CCD( TDICCD)像元校正对信噪比和调制传递函数测试的影响，设计了基于辐射标定和地面控制的多通道TDICCD像元响应非均匀性实时处理方法以提高星上实时图像的像元响应非均匀性。该方法基于辐射标定去除图像的固定图形噪声，并校正图像奇异点; 通过分析星上实时传输图像，处理奇异点像元的图像问题，实现地面控制像元响应非均匀性的实时调整。提出的系统实时处理方式可以不改变硬件结构即有效改善图像的视觉效果，对于坏像元、像元性能降低、像元污染等特定情况有很强的纠错能力。实际成像试验的对比表明，该方法对信噪比、调制传递函数有很好的修正作用，其精确调整能力分别达到0.1db及0.01; 在50%饱和值下测试的图像非均匀性指标达到1.25%。 该方法结构简单，在工程实践中有很好的应用前景。关键词: 时间延迟积分CCD(TDICCD); 辐射标定;像元响应非均匀性校正; 现场可编程门阵列(FPGA)实时处理; 灰度插值中图分类号:

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48 db提高到52 db, 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%.

为了改善高分辨率TDICCD成像系统图像数据的高速传输特性, 设计了FPGA内部实现5/3提升小波的动态RAM结构。该结构通过循环利用同一RAM资源进行图像数据的同时读写, 解决了5/3提升小波在FPGA实现过程中的RAM不足问题, 提高了RAM资源利用的有效性。试验表明, 5/3提升小波在FPGA内部的动态RAM实现过程, 具有实时性高、可靠性好、占用资源较小等优点。该方法在图像预压缩、图像去噪、图像实时传输等方面有重要的意义。5/3提升小波在FPGA中的动态实现, 完成了5行数据存储的提升小波处理过程, 增强了星上实时数据的处理能力, 为后续程序的开发奠定了基础。

为了解决光学TDICCD成像系统在拼接模式下的像元响应非均匀性问题，研究了TDICCD像元校正的原理和实现方法。提出了视频处理器在不同增益、不同偏置和TDICCD在不同积分时间下进行像元校正的方法，设计了在现场可编程门阵列(FPGA)平台下进行了程序实现和验证的方法。实验数据分析表明: 成像系统单片TDICCD的非均匀性由4.72%降低到0.27%，恶劣环境下TDICCD成像系统的图像非均匀性可以降低2.55%。该像元级校正算法简单，可靠性高，能够满足星上成像的要求; 在不同的增益、偏置和积分时间下能够很好地解决TDICCD成像系统的像元响应非均匀性问题。