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
设计并研制了一种四谱段时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)图像传感器，器件将四个TDICCD集成在同一芯片上，通过在光窗对应位置上镀不同的窄带滤光膜实现多谱段分光。该TDICCD图像传感器的像元尺寸为28μm×28μm，水平寄存器的有效像元数为3072元，行频为10kHz，电荷转移效率高达0.99999，饱和输出电压为2650mV，抗弥散能力大于等于100倍，动态范围为7143∶1。
时间延迟积分 四谱段 电荷耦合器件 图像传感器 time delay integration four spectral CCD image sensor
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 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
采用离轴三反射结构的大视场空间相机存在较大的光学畸变，导致引入时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)技术的面阵探测器在推扫成像时产生像移模糊。根据畸变引起的TDI成像退化原理，将畸变像移模糊转化为非均匀运动模糊，通过求解像移路径计算初始模糊核，将其作为先验信息，建立半盲复原模型进一步细化模糊核。利用初始模糊核复原的粗略图像边缘指导模糊核的细化，提出一种多方向权重异性的全变差模型提取图像结构信息。为了增强先验信息对模糊核细化的约束，构建了含有初始模糊核的正则项，使模糊核的估计不过度依赖于图像内容，采用多尺度迭代方法求解。最后用正则化约束的非盲反卷积方法去除图像模糊。实验结果表明：与现有的几种去模糊算法相比，所提方法的去模糊效果不仅清晰自然且对不同样本图像的模糊核估计更稳定。
光学畸变 时间延迟积分 模糊核估计 图像去模糊 optical distortion time delay integration blur kernel estimation image deblurring 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210392
1 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
2 海装广州局, 广州 510000
时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)主要应用于弱光信号探测, 其在强光应用场合容易出现弥散现象。针对该问题, 研制了横向抗弥散多光谱TDI CCD图像传感器。该器件包含四个多光谱段(B1~B4区), 有效像元数为3072元, 像元尺寸为28μm×28μm。大像元可以在弱光环境下提供良好的光谱区分能力, 通过滤光片可获得蓝光、绿光、红光和近红外波段的图像。为了减小抗弥散对器件满阱电子数的不利影响, 采用了紧凑的抗弥散结构, 仅占像元面积的7.1%。器件满阱电子数为500ke-, 抗弥散能力为100倍, 读出噪声小于等于70e-, 动态范围大于等于7143∶1。
时间延迟积分 电荷耦合器件 多光谱 横向抗弥散 图像传感器 time delay integration CCD multispectral lateral anti-blooming imaging sensor
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
3 吉林大学 中日联谊医院,吉林 长春 130033
为了提高推扫式遥感相机的动态范围, 对应用DTDI(Digital domain Time Delay Integration)技术并采用固定积分级数的成像方法以及高动态范围图像的显示方法等进行研究。首先介绍了DTDI技术基本原理, 然后利用该技术突破传统模拟域TDI的满阱电荷限制, 获得更高深度、更大动态范围的灰度图像数据, 进而拓展了推扫式遥感相机的动态范围。最后结合图像熵和图像灰度分布方差构造评价函数, 并将其作为判据选择被关注目标高动态范围图像的最优显示窗口, 将信息量最大、层次最为丰富的区间自动显示出来。计算和实验结果表明, 当固定积分级数为64的时候, 推扫式遥感相机的动态范围可以有效地提高36.124 dB; 基于评价函数的显示窗口自动选取方法较人工选择能够更加快速、准确地显示最优结果。本文提出的方法能够基本满足推扫式遥感相机领域大动态范围成像及选择显示的需求。
超满阱 推扫式遥感相机 CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS) Digital domain Time Delay Integration(DTDI) DTDI overcome the limit of full well push-broom remote sensing cameras
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所星载一体化技术研究室, 吉林 长春 130033
3 3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
4 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现卫星大侧摆成像时交错拼接时间延迟积分（TDI）CCD准确的重叠度配准和大幅宽无缝影像拼接，提出一种利用错位搭接像元像移速度矢量之间的夹角计算最小搭接像元数目的方法。分析了卫星侧摆成像时像面像移速度矢量的变化，根据侧摆角度计算对应地物点的经纬度和合速度矢量；利用光线追迹和矢量映射等方法将合速度矢量通过成像的物像关系和地球曲率参数等投影至像面坐标系，计算出搭接像元像移速度矢量之间的角度；结合TDI CCD位置矢量关系确立相邻两片TDI CCD的最少搭接像元数目。该算法成功应用到快舟一号卫星工程中，实验和理论对比分析发现，片间搭接像元的实际值和理论值有一个像元的偏差，在图像配准精度范围内。说明该方法能够有效消除卫星大侧摆成像对错位搭接像元拼接精度的影响。
成像系统 时间延迟积分 图像配准 光线追迹 侧摆 激光与光电子学进展
2016, 53(5): 051104
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
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:
多通道时间延迟积分CCD辐射标定和像元实时处理 Time Delay Integration CCD(TDICCD) radiometric calibration Pixel Response Non-uniformity(PRNU) correction Field Programming Gate Array(FPGA) real-time proce gray-value processing 光学 精密工程
2015, 23(10): 2952
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.
CCD空间相机 信噪比 时间延迟积分 辐射亮度 积分级数 行频 系统增益 CCD space camera signal-to-noise ratio time delay integration radiance integration stage line transfer frequency system gain
