中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
根据遥感领域高光谱成像对大幅宽、高分辨率需求，研制了一套适合航天LASIS高光谱成像应用的高分辨率、宽视场、高光谱、高可靠性的新型高速光谱成像仪电子学系统，它采用多片四通道并行处理ADC芯片进行模数转换，以V5系列FPGA为核心处理器，用高速SerDes芯片传输图像数据，成像测试及相关环境试验及可靠性测试，验证了设计的有效性。该设计为我国进入航天遥感领域领先行列提供了技术支撑，也为深入开展高分辨遥感提供了有益的借鉴。
高速CCD成像 成像电路 高光谱成像仪 干涉光谱成像 high-speed CCD imaging imaging circuit hyperspectral imager interference spectral imaging 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200096
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
机载紫外DOAS成像光谱仪通过获取大气与地表的折射或散射的紫外光辐射, 监测大气痕量气体的分布与变化, 其电子学部件的重要组成部分为CCD成像电路。采用帧转移型面阵CCD-47-20为图像传感器, 以现场可编辑门阵列(FPGA)为核心控制器的成像电路模块, 设计并实现了一套完整的机载紫外光谱仪成像系统。CCD成像电路完成包括CCD驱动时序电路、CCD数据采集电路, 接收CCD模拟图像信号产生数字图像信号, 将数字图像信号通过差分芯片驱动以低压差分信号(LVDS)传输给机载通讯系统等功能。讨论了机载紫外成像光谱仪的设计过程, 并重点讨论了CCD成像电路的设计过程。设计的机载紫外DOAS成像光谱仪系统成像分辨率为0.286°。实验证明满足大气污染气体的观测需求。
成像光谱仪 帧转移面阵CCD 成像电路 imaging spectrometer frame transfer area array CCD imaging circuit 红外与激光工程
2017, 46(5): 0538002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为获得高信噪比的航天遥感图像, 针对CCD成像系统链路分析了影响图像信噪比的主要因素。结合CCD成像系统的响应模型, 明确了系统信噪比的表达式, 并摆脱了具体CCD型号的束缚, 提出了一种"总-分-总"的高信噪比成像电路系统通用设计方法。描述了系统从顶层总体设计、底层各电路模块设计以及全系统联试的完整研制方法。将该方法应用于吉林一号卫星高分辨率多光谱CCD成像电路系统的设计中, 并对成像系统进行了辐射定标试验, 获得了高信噪比的图像数据。结果显示: 在灰度为80%饱和输出时, 获得的全色图像信噪比达到了53.9 dB, 多光谱图像的最高信噪比达到了56.3 dB, 且图像数据经融合后色彩真实、绚丽。本文的CCD成像电路系统设计方法能够为其他航天遥感载荷的电路系统设计提供参考。
电荷耦合器件(CCD) 星载CCD相机 CCD成像电路 信噪比 吉林一号卫星 Changed Coupled Device( CCD) space-borne CCD camera CCD imaging circuit signal-to-noise ratio Jilin-1 satellite
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130033
为建立准确的时间延迟积分电荷耦合元件(TDI CCD)成像电路系统的响应模型，根据成像系统的信号处理流程，详细分析了CCD传感器、预放电路与视频处理电路等主要环节对系统响应的影响，并结合理论响应模型，针对实际的处理流程，建立了实际系统的理论响应模型。利用某航天相机TDI CCD成像系统进行了暗电流噪声、视频处理电路噪声等专项测试实验，并在不同的拍照参数与光辐射条件下进行了辐射定标实验，分析了具体的实验图像数据，采用最小二乘法的线性拟合与二次多项式拟合分别得到了系统响应的近似数学模型和高精度数学模型，拟合决定系数R2分别达到了0.992和0.9998。利用该响应模型可以准确计算卫星在轨拍照时地物的辐射特性，并为合理选择相机在轨拍照参数提供依据。成像实验表明，系统响应模型准确，参数设置合理，满足相机在轨拍照的任务要求，提高了相机在轨工作的效率。
成像系统 时间延迟积分 电荷耦合元件 成像电路 响应模型 辐射定标 光学学报
2014, 34(11): 1104001
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130033
为实现多光谱TDI CCD的高速高信噪比成像, 利用可空间应用的多光谱TDI CCD传感器研制出了高性能成像电路系统。该系统以现场可编程门阵列(FPGA)为核心逻辑单元, 带有RS422外围通信控制接口, 并采用CAMERALINK接口输出图像数据。系统具有动态推扫成像的能力, 可同时输出全色和彩色两种模式的图像数据。利用灰度条纹的靶标对传感器的3个多光谱(R、G、B)感光区标定白平衡, 利用彩色条纹的靶标对系统进行成像测试, 在驱动频率为15 MHz的情况下, 系统单片CCD输出的图像数据率达到12 Gbps。试验结果表明, 获取全色图像的信噪比达到了5356 dB, 各多光谱图像的信噪比较高的也在40 dB以上, 满足空间对地高分辨多光谱遥感成像的技术指标要求, 对高速空间多光谱遥感相机的研制具有借鉴意义。
多光谱 高速成像 成像电路 信噪比 multispectra high-speed imaging TDI CCD TDI CCD imaging circuit Signal-to-noise Ratio(SNR)
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
为了解决高速CCD成像电路串扰问题，分析了产生串扰的原因，建立了CCD成像电路的串扰模型，提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离，设计并采取有效的去耦电容布线方法，降低了寄生电感，避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面，对模拟电路和数字电路进行分区布局，避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验，结果表明：采取上述抗串扰技术后，通道隔离度大于60 dB，有效降低了串扰, 提高了图像质量。
高速CCD 成像电路 串扰 传输线 high speed CCD imaging circuit crosstalk transmission line
1 华中科技大学,机械学院,武汉,430074
2 华中光电技术研究所,武汉,430073
3 武汉船舶设计研究所,武汉,430064
介绍基于SOPC设计非致冷红外焦平面热成像电路单元的方法,并对电路的结构进行了分析.
FPGA器件 非致冷红外焦平面阵列 成像电路 SOPC system on programmable chip field programmable gat
1 华中科技大学,机械学院,湖北,武汉,430074
2 中国船舶重工业集团公司,第717研究所,湖北,武汉,430073
3 中国船舶重工业集团公司,第701研究所,湖北,武汉,430064
介绍了320×240非制冷红外头盔成像单元的基本原理,以及基于片上系统设计非制冷红外头盔热成像电路单元的方法,给出了现场可编程阵列功能组成框图.在分析成像电路结构的基础上,重点介绍了A/D转换、非均匀性校正及显示控制等关键技术,对主要驱动信号进行了仿真,结果表明:采用单片高性能的现场可编程器件,基于片上系统方法设计非制冷红外头盔成像电路是可行的.
片上系统 非制冷红外头盔成像电路 现场可编程门阵列 System On a Chip（SOC） UFPA helmet imaging circuit Field Programmable Gates Array（FPGA）
