为了实现大型曲面透明件雾度和透光率的实时测量, 设计了一种由LED作为光源、双积分球作为信号测量端的雾度和透光率测试仪。在系统工作原理上完成了透光率和雾度的理论推导, 然后进行了光源光谱分布对系统测试结果影响的仿真分析, 光学设计, 积分球参数设计以及支撑调整机构设计, 提高了系统的测试精度和效率。最后, 对大型曲面透明件雾度和透光率实时测试仪进行标定和样品测试。测试结果表明: 标准雾度片的透过率绝对误差均小于0.4%, 雾度绝对误差均小于0.3%, 用户提供样品的透过率测量值与理论计算值的偏差亦小于0.4%, 满足用户要求。

为了提高光学拼接焦平面空间相机的成像性能和图像质量,开展了空间相机研制全过程的辐射定标技术研究,包括辐射响应性能分析、图像传感器的辐射定标及筛选、焦平面辐射定标、系统级辐射定标以及辐射定标数据应用等,并对具有反射镜光学拼接焦平面的空间相机进行了辐射定标实验。结果表明,利用相对辐射校正系数对图像校正,可以有效消除渐晕,图像的非均匀性由14.1%降至0.4%,图像质量明显提升;图像传感器的筛选以及焦平面组件的辐射定标,减少了图像传感器之间的辐射响应差异,相对定标不确定度小于1.0%。

目前光学遥感器向着大口径、宽视场的趋势发展, 随着遥感器口径和视场的不断增大, 需要与之对应的定标设备来满足其全口径全视场的定标要求。为此, 研制了一套超大口径(3.2 m)均匀光源系统。首先基于积分球理论和黑体普朗克理论设计出口光谱辐射亮度, 并利用LightTools软件对出口均匀性和朗伯特性进行内置光源分布仿真设计。然后针对超大口径均匀光源辐射性能测试存在的问题, 研制了一套基于阵列探测器的辐射性能测试装置, 并应用校正算法进行一致性校正。最后利用新研制的设备对超大口径均匀光源进行测试实验, 并对测试不确定度进行分析。结果显示：0.8 m口径光源的光谱辐射亮度大于600 W·m-2·sr-1, 3.2 m口径光源的均匀性优于98.362%, 中心点±45°范围内朗伯特性优于98.810%, 数据表明新研制的超大口径均匀光源满足设计要求。

为了提高太赫兹成像速度, 设计了一种像面扫描太赫兹快速成像系统。它为反射式单像素探测器成像, 成像系统采用新设计的表面镀金的离轴抛物面镜结构以实现大口径、无遮拦、高反射率、高质量成像; 反射成像系统光学设计F数为2.93, 通光孔径为100 mm, 视场为±1°, 焦距为293.45 mm, 成像窗尺寸为64 mm×64 mm, 圆孔直径为2 mm, 扫描采集16×16像素图像时间为0.1 min, 32×32像素图像时间为0.42 min, 64×64像素图像时间为1.7 min, 空间分辨率为1 cm。扫描系统结合压缩传感成像理论采用新型像面扫描方法实现快速成像, 在系统焦平面位置加入旋转多孔盘, 对像面的图像进行太赫兹能量强度扫描, 使用金属光锥收集能量到高莱探测器。利用压缩传感理论的特殊条件(采样数目与图像像素数相等)进行像面图像采集, 然后利用正则归一化方程重构像面图像, 该系统具有成像速度快、分辨率高、低成本、结构紧凑合理的优点。

针对空间相机在轨传递函数因包含大气传递函数而难以客观反映空间相机成像性能的问题，依据靶标调制度、相机入瞳前的物方调制度、像方调制度这三种调制度之间的关系，提出了一种可准确测试大气传递函数和不含大气在轨传递函数的方法。利用该方法对空间相机进行测试，结果表明：实时的大气传递函数为0.762，含大气的沿轨传递函数为0.177，不含大气的沿轨传递函数为0.232。实验室测试的传递函数值与不含大气的沿轨传递函数值的相对误差为4.7%。

提出空间相机在轨成像模式的概念,研究了建立空间相机成像模式的方法.首先,根据太阳高角和地物反射率,使用MODTRAN软件计算相机入瞳前的辐射亮度,分析相机的辐射定标数据,包括每种成像模式的响应度、辐射亮度范围,积分时间关系等.然后,分析相机测摆成像与平飞成像时的积分时间关系,获得相机在各侧摆角下,每种成像模式的辐射亮度范围.最后,依据成像模式的辐射亮度范围和各太阳高角下景物的辐射亮度范围,建立了太阳高角和相机侧摆角组合下的成像模式表.空间相机成像时,依据成像模式表查找对应的成像模式,即可按该模式成像.该方法已多次应用于遥感相机成像实验中,获得了较好的成像效果,图像质量的满意度由65%提高到99.9%.结果表明:依据该方法建立的空间相机成像模式,获得图像效果较好,图像既包含全部景物信息又具有丰富的图像层次.

为了定量评估影响时间延迟积分(TDI)CCD空间相机信噪比的因素,研究了TDICCD空间相机成像机理和噪声来源,建立了相机的信噪比模型.分析了辐射亮度、积分级数、行频和系统增益(模拟增益)对信噪比的影响.搭建了实验室辐射定标系统,模拟了相机在轨工作时的辐射亮度条件.通过辐射定标对不同工作参数与相机信噪比的关系进行了验证.结果表明:对于TDICCD相机来说,光子散粒噪声、暗电流噪声和固定图形噪声在诸多噪声中起主导作用.相机的输出信号和信噪比均随着辐射亮度、积分级数和系统增益的增加而增大,随着行频的增加而减小.辐射亮度、积分级数、行频和系统增益对信噪比的影响量不同.具体来说,即当辐射亮度、积分级数和行频变化量分别为L倍、M倍、τ倍时,其导致的信噪比变化量略大于L1/2倍、M1/2倍、τ-1/2倍.系统增益只能在相对较小的范围内影响信噪比,且信噪比变化幅度随着增益的提高逐渐减小.

介绍了一种以半导体发光二极管(LED)和溴钨灯为光源的光谱可调谐地面景物光谱辐射源, 及其系统结构和控制系统设计。利用地物光谱辐射源模拟了大量不同地物光谱, 在控制系统中建立了地物光谱数据库, 引进了改进型遗传算法匹配出了光谱数据库中的500余种地物光谱。进而详细分析了几种典型地物的光谱匹配相似度, 平均光谱匹配误差以及全波段, 红, 绿, 蓝和近红外波段光谱匹配相似度。目标辐亮度为50W·(m2·sr)-1时, 地物光谱辐射源平均光谱匹配误差在10%以内, 最低可达6.0%;全波段光谱匹配相似度高于0.895, 最高可达0.983;对于同一景物光谱红、绿、蓝和近红外波段(特别是绿光和近红外波段)光谱匹配相似度低于全波段, 绿光和近红外波段光谱匹配相似度与红光和蓝光波段相比, 最大低幅为50%。地物光谱辐射源能够用于光学遥感器的辐射定标, 能有效解决光学遥感器的工作目标与定标光源光谱不匹配造成的定标误差。

为解决反射式拼接 CCD相机成像渐晕问题, 依据辐射定标理论采用多亮度点渐晕图像校正算法处理渐晕图像。首先, 针对典型的反射镜拼接方式, 分析了成像时产生渐晕的原因; 然后, 根据实验室多亮度等级下成像结果, 得出拼接 CCD渐晕区各像元数码输出值与入瞳处辐射亮度成线性关系的结论; 最后, 应用多亮度点校正算法, 计算出渐晕区各像元的渐晕校正因子, 校正渐晕图像。实验结果表明: 对非均匀性大于 10%的多幅原始渐晕拼接图像, 校正后, 图像的非均匀性下降到 0.5%以内, 可满足反射镜拼接 CCD相机非均匀性指标要求。

多光谱遥感器彩色图像合成是直接提取多光谱图像中R、G、B 波段合成，由于多光谱成像探测器光谱响应特性与国际照明委员会(CIE)颜色匹配函数严重不匹配，合成的彩色图像出现严重的颜色失真，需进行颜色校正。针对目前传统的白平衡法和色度学合成法的不足，提出了基于发光二级管(LED)光谱可调积分球光源的多光谱相机多点改进型色度合成校正方法。该方法既考虑了地物的光谱特性而且实现简单。实验表明，采用白平衡法校正，目标色品误差最大为0.15，而采用该方法能够将目标色品误差限制在0.05 以内。