1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
红外系统在大范围内对异常热源点目标的探测需要平衡像元分辨率与温度灵敏度之间的关系。在探测器规模一定时, 现有星载红外载荷存在幅宽大时灵敏度不够、空间分辨率高时幅宽小的问题。针对上述问题, 本文提出利用时间延时积分(time delay intergration, TDI)算法处理图像的大视场异常点热源探测初步方案, 在一定条件下, 达到探测所需的温度灵敏度要求时, 能做到 217 km×122km的理论幅宽。同时搭建了一套高灵敏度红外成像实验系统, 开展了测试与模拟探测实验, 结果表明本方案在实现 202 km×114 km幅宽情况下, 灵敏度性能约 37 mK, 满足大范围异常点热源探测的要求。考虑到目标和背景的太阳光反射率等问题, 实际应用时取 200 m像元分辨率, 对应幅宽 128 km×102 km。
时间延时积分 噪声等效温差 空间分辨率 time delay integration, noise equivalent temperatu
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
太阳光通过海面的镜面反射形成耀光,但其较强的光强会造成常规探测成像饱和,严重影响对海面目标的探测。基于海面耀光的偏振特性以及数字域时间延时积分互补金属氧化物半导体(TDI-CMOS)的积分特性,设计并构建了一套海面目标自适应偏振探测系统。利用该系统通过偏振相机对海面目标进行实时成像偏振测量,引导数字域TDI-CMOS相机在时域与空域两个维度上对耀光进行抑制。搭建了水面观测实验平台,针对典型目标,开展了相关的验证实验。实验结果表明:使用所构建的探测系统能够有效抑制太阳耀光对图像的影响,并且获取的耀光抑制图像相比一般图像,信杂比提升显著,该系统有效改善了运动目标对图像造成的伪影现象,针对海面目标的探测效果得到有效改善。
遥感 偏振探测 时间延时积分 互补氧化物半导体 耀光 光学学报
2022, 42(12): 1201006
1 天津大学 微电子学院, 天津 300072
2 天津理工大学 集成电路科学与工程学院, 天津 300072
扫描式红外成像传感器在遥测遥感、卫星成像等远距离成像领域具有广泛的应用。为了缓解信噪比相对较低而影响图像质量的问题，提出了一种时间延时积分(TDI)型读出电路。该读出电路由电容跨阻放大器(CTIA)像素电路阵列、并行TDI电路、多路开关选择电路和输出缓冲器等组成。为实现对宽动态范围光电流的处理，CTIA电路设计有多档可选增益，且非线性度小于0.3%。该读出电路采用0.35 μm CMOS工艺设计与制造，芯片面积约为1.3 mm×20 mm，采用5 V电源时功耗小于60 mW。为了评估1024×3 TDI读出电路的功能，采用了对TDI输入端注入不同电压激励的方式进行测试，测试结果验证了所提出的设计方案。
红外传感器 读出电路 时间延时积分(TDI) infrared sensor readout circuit TDI 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210072
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 100049
3 长光辰芯光电技术有限公司, 长春 130033
4 大连理工大学 微电子学院, 大连 116600
时间延时积分CMOS图像传感器(TDI-CIS)具有优良的微光探测能力, 可应用于航空探测及卫星遥感等领域。然而, 在入射光强较强时, TDI-CIS容易出现光晕(Blooming)现象, 影响观测效果。首先分析了光晕产生的机理; 然后基于两种传统的抗晕结构, 设计出一种具有沿垂直方向布局的长方形横向抗晕栅的TDI-CIS; 通过成像实验发现横向抗晕栅极电压与抗晕效果及满阱容量(FWC)之间呈负相关关系; 最后通过实验得到所设计TDI-CIS的最优抗晕栅极电压值为2.1V。
时间延时积分 光晕 横向抗晕栅 满阱容量 TDI CMOS CMOS blooming lateral anti-blooming gate FWC
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
为了在地面研制阶段精确地测试空间遥感相机在各种空间频率处的调制传递函数,对测试原理进行了理论推导和分析,并基于此开展了整机在各种空间频率处的传函测试实验。在给出了遥感相机调制传递函数的测试实验链路的基础上,推导了各种空间频率的正弦波和方波靶标在整个链路中的光能传递过程,从而得到了遥感相机在各种频率下的调制传递函数和对比度传递函数的理论形式,并证明了在任何频率处二者之间的转换系数均为π/4。最后,在真空环境下进行了相机在1、1/2和1/3乃奎斯特频率下的调制传递函数测试。实验结果表明：某空间遥感相机在实验室条件下测得的1、1/2和1/3乃奎斯特频率下调制传递函数分别为0.21、0.40和0.59。经计算光学系统反推传函与设计传函衰减系数接近1,证明了方法的正确性。
遥感 调制传递函数 测量 时间延时积分电荷耦合器件 remote sensing modulation transfer function measurement TDI CCD
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 长春 130033
2 哈尔滨工业大学 控制科学与工程系，哈尔滨 150001
针对时间延时积分电荷耦合器件积分级数对成像质量的影响，提出了一种航天遥感相机中时间延时积分电荷耦合器件积分级数的最优选择方法.构造了典型成像系统的信噪比与积分级数关系模型和调制传递函数与卫星姿态角和积分级数的函数模型；以信噪比和调制传递函数的容许值为约束条件，推导出了任意条件下时间延时积分电荷耦合器件的可选积分级数区间并给出了最优的积分级数解，给出了对应的增益设置指导函数.运用仿真实验对该方法进行验证，并与传统方法进行比较，结果表明：该方法能够选取最优的积分级数，从而获得满足信噪比和调制传递函数指标的最佳成像质量；若该值不存在，依然能获取相对最佳的折中值和视觉效果；同时，本文成像效果优于传统方法.
遥感相机 时间延时积分电荷耦合器件 积分级数 成像质量 Remote sensing camera TDI CCD Integral grade Imaging quality
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室， 浙江 杭州 310027
空间面阵相机在轨运动会产生运动模糊，影响自动对焦准确率。为解决该问题，提出行间转移面阵CCD的时间延时积分(TDI)模式实现去运动模糊。选取行间转移面阵CCD KAI-1003作为成像器件，利用可编程逻辑器件(PLD)控制时序信号，匹配CCD的行转移速度与目标运动速度，实现去运动模糊。实验表明该成像系统不仅能去运动模糊而且还大幅提高图像信噪比。去运动模糊后，根据较短时间间隔内空间相机拍摄的图像有重叠区域的特点提出一种空间相机自动对焦方法。通过配准算法找出序列图像间的重叠区域，并计算重叠区域的清晰度评价值，然后根据传递特性将评价值映射到同一个评价体系中，最后找到最佳对焦位置。实验表明该成像系统对高速运动的目标能够实现自动对焦。
遥感 自动对焦 图像配准 像移补偿 行间转移面阵CCD 时间延时积分(TDI)模式 光学学报
2011, 31(11): 1128002
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 研究生院，北京 100039
研究了时间延时积分(TDICCD)成像产生非均匀性的原因，基于两点校正算法探讨了星上图像非均匀性实时校正的可行性方案。鉴于工程一体化设计的要求，在常用的CCD时序处理器FPGA上实现了硬件实时校正。通过对相机均匀辐射定标，利用FPGA读取前32行TDICCD图像数据进行非均匀性等效灰度值(NUEDN)计算，根据工程经验，设定当NUEDN>2时对数字图像进行非均匀性实时校正。硬件实时校正结果表明，均匀辐照下NUEDN可降至0.29。实验室动态目标滚筒成像试验表明，实时校正后TDICCD推扫成像均匀光滑，满足工程需要。
时间延时积分CCD 成像非均匀性 两点校正法 辐射定标 Time Delay Integrated CCD(TDICCD) imaging nonuniformity FPGA FPGA flat field correction radiometric calibration
