1 国防科技大学气象海洋学院, 湖南 长沙 410073
2 北京应用气象研究所, 北京 100029
随着光电技术的发展,低照度条件下的微光成像及其应用成为近年来的研究热点之一。对于定量遥感的气象海洋环境卫星,微光成像仪辐射定标与资料应用的研究也受到普遍的关注。以目前国际上最具代表性的微光成像仪载荷VIIRS/DNB为例,系统阐述了夜间不同月相条件下传感器绝对辐射定标与气象海洋环境资料应用等技术问题的研究进展,以期为相关科学研究和实际工程应用提供有用信息。
遥感 微光成像仪 辐射定标 灯光源定标 积分球 微光资料应用 光学学报
2021, 41(15): 1500001
根据灯光干扰源作用微光成像系统的两种途径，建立了灯光干扰辐射传输模型; 分析了灯光干扰对微光成像系统响应特性的影响，建立了灯光干扰辐射能量与系统响应特性的量化关系模型; 以实测和理论计算数据为基础构建了仿真平台，实现了灯光干扰下微光成像的模拟仿真，并对仿真图像的灰度均值、均方误差和相关函数进行了计算，结果表明微光成像质量与灯光干扰源位置和亮度有直接关系，且灯光干扰源位置的不同会导致灰度相关函数变化趋势的差异; 进行了灯光干扰实验，实验结果和模拟结果的成像质量变化趋势基本一致，同时实验结果表明灯光干扰会导致目标与背景成像对比度增大，且随着干扰距离增大到一定距离后，逐渐减小至小于无干扰时。
微光成像系统 灯光干扰 辐射传输 响应特性 图像质量 low-light-level(LLL) imaging system light interference radiation transmission response characteristics image quality 红外与激光工程
2019, 48(10): 1014001
1 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安710021
2 微光夜视技术重点实验室, 陕西 西安 710065
为了提高微光成像质量, 实现针对动态目标或变化场景的实时性成像的需求, 基于偏振成像原理, 并结合孔径分割技术设计了微光偏振实时成像光学系统。光学系统采用共口径四通道阵列结构, 将4个待测偏振态分成4个独立的成像通道, 通过子孔径成像镜组对探测器靶面进行四象限分割成像, 每个偏振通道通过放置起偏状态不同的偏振片获取目标不同偏振态的强度图像, 从而实现实时偏振成像。光学系统的设计焦距为100 mm、系统整体F数为1.2、工作波长范围为0.4 μm～0.85 μm、最低工作照度为1×10-3 lx、可输出1 080 pixel全高清图像。系统光学总长为167.5 mm, 单通道镜头的MTF值在40 lp/mm处全视场均高于0.57。
偏振成像 微光成像 孔径分割 四通道 polarization imaging low light level imaging division of aperture four-channel
张元涛 1,2,3,*柴孟阳 1,2孙德新 1,2,3,4刘银年 1,2,3,4,*
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院上海技术物理研究所启东光电遥感中心, 江苏 启东 226200
为实现高分辨率大动态范围的空间微光(LLL)成像,提出基于全局快门科学级互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器的数字域时间延迟积分(TDI)微光成像方法。通过推导数字域TDI成像数据处理方法,建立了系统信噪比(SNR)模型,提出了数字域TDI大动态范围成像方法,并分析了速度失配导致的调制传递函数(MTF)退化现象。实验结果表明,该方法能够明显提高微光成像质量,当数字域TDI积分级数为30时,系统SNR由未积分的5.04 dB提高到19.78 dB,动态范围比传统数字域TDI方法提升了29.54 dB,为实现高分辨率大动态范围空间微光成像提供了保障。
成像系统 微光成像 微光成像仪 数字域时间延迟积分 科学级互补金属氧化物半导体探测器 动态范围
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院上海技术物理研究所启东光电遥感中心, 江苏启东 226200
信噪比是微光成像系统的关键参数, 决定了成像系统的性能与成像质量。给出了互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)图像传感器微光成像系统的信噪比模型, 仿真计算了系统的信噪比与信号、噪声的关系。搭建了信噪比测试环境, 完成了系统信噪比测试实验。实验结果表明, 理论值与实测值一致。最后, 根据信噪比分析结果对给定系统进行了参数优化。计算结果显示, 优化后的系统在1 mLux照度下, 信噪比能达到4.5。信噪比的研究为基于CMOS微光成像系统的总体设计与优化提供了理论依据。
微光成像 信噪比 CMOS图像传感器 夜天光照度 low light level imaging SNR CMOS image sensor nighttime light
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院上海技术物理研究所启东光电遥感中心, 江苏 启东 226200
分析了基于科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）图像传感器的微光成像系统的噪声特性，建立了系统噪声模型并进行了系统噪声测试。结果显示，系统噪声的均方根值小于1 e-。建立了系统信噪比模型，计算得到微光成像系统在10-3 lx的夜天光照条件下的信噪比优于1，理论值与实测值之间的误差小于10%。提出了一种自适应的条纹噪声处理方法，有效消除了低照度图像中的行条纹噪声，采用对比度受限的自适应直方图均衡的方法提升了高动态范围图像的对比度。
探测器 微光探测 微光成像仪 科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）探测器 信噪比 条纹噪声 图像增强 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 080401
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 中国气象局国家卫星气象中心, 北京 100081
3 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室, 北京 100081
在介绍风云三号E星(FY3E)晨昏轨道气象卫星和微光成像仪特点的基础上, 利用Satellite Tool Kit仿真技术并根据FY3E轨道参数, 针对FY3E所搭载的遥感器(微光成像仪)可能受到来自太阳和月球的外部杂散光的情况进行模拟分析, 并设计了遮光方法来抑制外部杂散光。分析结果表明, 2006-12-18当天太阳矢量与遥感器底部窗口法向量的夹角最小, 遥感器受太阳杂散光的影响最大。进一步分析了遥感器可能受月球杂散光的影响, 发现只要满足太阳遮挡条件, 月球就不会对遥感器产生杂散光。因此, 设计遮光板时只要考虑太阳矢量与遥感器窗口法向量的夹角即可。目前的遥感器视场角为55°, 遮挡杂散光的效率较低。将遥感器视场角减小到50°, 同时减小遮光板尺寸, 可以提高对杂散光的遮挡效率且不影响其应用。
大气光学 晨昏轨道 杂散光 Satellite Tool Kit仿真 微光成像仪 风云三号 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 050101
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京100039
为实现高分视频卫星微光条件下对目标进行长周期凝视曝光成像, 设计了适应凝视跟踪稳像姿态变化的自适应曝光周期算法.建立卫星对地实时凝视跟踪数学模型, 搭建矢量映射的速度匹配曝光成像关系, 利用蒙特卡洛方法对卫星三轴姿态角和姿态角速度控制准确度在微光成像曝光时间内引起的像移量进行统计计算, 分析了一定姿态控制准确度下满足高分卫星微光成像的曝光周期.最后, 利用灵巧验证卫星进行微光成像曝光周期自适应稳像姿态的在轨试验.结果表明, 卫星姿态控制准确度分别为0.08°与0.0088°/s和0.04°与0.003°/s时, 对应的成像曝光时间分别为18 ms和55.2 ms, 通过对微光成像的目标点进行分析, 曝光过程中成像目标点的实际偏差像元量小于1个像元, 此偏差对成像质量影响较小, 成像影像的信噪比高.
微光成像 自适应曝光 稳像姿态 蒙特卡洛 信噪比 Low-light imaging Adaptive exposure Image stabilization attitude Monte Carlo Signal-to-Noise Ratio 光子学报
2016, 45(12): 1211001
