星载线阵电荷耦合器件错位成像的调制传递函数评估北大核心CSCD

为了定量研究线阵电荷耦合器件(CCD)错位成像技术的不同错位模式的调制传递函数(MTF),提出了基于MTF的评估方法,避免了以往方法表征图像质量不全面等缺点。推导了线阵CCD错位成像模式的MTF。分析表明,相比于线阵CCD的传统成像模式,利用多个线阵CCD实现错位1/2、1/3、1/4个CCD像元的错位成像模式的极限分辨率分别提高了86.2%、88.78%、89.54%,归一化空间频率0.5处MTF值分别提高了0.1679(41.43%)、0.2026(49.99%)、0.2151(53.07%),空间频率范围(0,0.5)内调制传递函数面积(MTFA)分别提高了10.09%、12.08%、12.77%。在Matlab平台上进行了仿真实验,并用灰度平均梯度和拉普拉斯能量从客观上评估了几种错位成像模式的图像质量,实验结果验证了MTF定量分析的有效性。提出的方法为后期星载遥感相机错位成像系统的设计提供了参考。     

面阵电荷耦合器件错位成像的建模与仿真

为了定量研究面阵电荷耦合器件(CCD)错位成像技术图像质量的提高以及CCD像元填充因子对图像质量的影响,建立了仿真不同像元填充因子的面阵CCD错位成像的数学模型。以Matlab为平台,不考虑噪声的干扰,对ISO12233标准分辨率测试卡子图像进行了仿真,结果表明,CCD像元填充因子为100%时,与普通成像模式相比,对角错位、四点错位成像模式图像的灰度平均梯度分别提高了2.9970、3.4136,拉普拉斯能量分别提高了0.5676、0.7478,且CCD像元填充因子为其他值时,相较于普通成像模式,对角错位、四点错位成像模式图像的GMG和EOL均得到提高;采用四点错位成像模式时,与填充因子为100%的面阵CCD相比,填充因子为69%、44%、25%的面阵CCD四点错位模式图像的灰度平均梯度分别提高了1.433 0、3.337 3、5.153 2,拉普拉斯能量分别提高了0.638 0、1.704 4、3.196 8,且采用其他成像模式时,填充因子为100%、69%、44%、25%的图像的GMG和EOL均不断提高。研究表明,面阵CCD错位成像技术能够提高图像质量,且四点错位成像模式图像质量优于对角错位成像模式;在满足信噪比指标要求的前提下,对于面阵CCD同一成像模式,像元填充因子越小,图像质量越高。     

双线阵CCD错位采样高分辨成像

为了克服遥感相机分辨力受电荷耦合器件(CCD)像元尺寸的限制,利用系统超过奈奎斯特频率地物信息的成像能力,研制了在线阵方向和推扫方向同时错位半个像元的双线阵CCD相机高分辨成像系统,给出了该系统提高分辨力的原理。高分辨模式下,为避免均值法插值造成的拉链效应,提出了一种基于综合梯度因子判断插值方向的单向插值法;超分辨模式下,利用现场可编程阵列(FPGA)片上随机存取存储器(RAM)对图像进行交错重组实时输出高分辨率图像。利用Wiener滤波的方法对高分辨率图像进行复原,使两种成像模式输出图像的灰度平均梯度(GMG)分别提升62.5%和78.3%。实验表明,所提出插值算法使图像边缘清晰完整,插值效果优于均值法,且易于硬件实现;两种成像模式均可降低图像频率混叠现象,分别提高1.16倍和1.6倍系统分辨力,错位采样技术实现了系统高频信息成像能力的有效利用及高分辨成像。     

斜模超分辨率成像最佳角度

斜模成像是一种从采样模式上提高影像空间分辨率的方法,斜模成像角度的大小与成像质量密切相关。着重分析了斜模超分成像角度与斜模影像的有效分辨率、混叠、模糊以及噪声的关系,并确定斜模超分辨率最佳成像角度。首先,模拟分析了成像角度为1~90的混叠指数、视场幅宽以及有效分辨率,并提出了用交叉复原方法对影像的分辨率、混叠、模糊以及噪声进行定量评估;然后,利用调制传递函数（MTF）结合倒易晶胞的方法对斜模影像复原,最终确定了最佳成像角度为72;最后,用实际实验验证分析结果表明,当斜模成像角度为72时影像的分辨率提升约1.41倍。     

超敏捷动中成像高分辨率遥感卫星成像理论分析

对超敏捷动中成像遥感卫星角速度快（6（）/s）、角加速度大（1.5（）/s2）、成像参数随时空复杂多变等新问题,开展了超敏捷动中成像特点分析与成像参数仿真分析工作。构建了动中成像复杂模型,精确分析了动中成像合速度的变化规律。在此基础上,结合信噪比、调制传递函数（MTF）等计算公式,全面分析了不同成像条件下,动中成像系统的行频、TDI级数、姿态稳定度MTF、同步误差MTF、偏流修正误差MTF等随角速度的变化关系,为超敏捷动中成像卫星,尤其是卫星的成像电子学,提供了重要的设计依据。     

湍流变化对多孔径光学系统成像特性的影响

为了研究大气湍流变化对多孔径光学系统成像质量的影响,针对Golay3结构建立了一个理论分析模型,推导了湍流影响下望远系统的点扩散函数（point spread function, PSF）的表达式。分别针对近似圆形和近似长条状分布的湍流结构对成像特性的影响进行了讨论,具体构建了两种湍流影响下的光场相位计算模型,并计算比较了两种湍流的调制传递函数（modulation transfer function, MTF）。结果表明,光路中存在湍流将导致系统成像质量下降。在近似圆形湍流中,湍流强度越小,系统MTF影响越小。不同强度湍流影响的MTF在归一化空间频率0.16、0.45和0.69处均下降0.05左右。在近似长条状湍流中,对流湍流风速越小,系统MTF影响越小。不同风速的湍流影响的MTF在空间频率0.16、0.42和0.69处分别下降0.25、0.09和0.05左右。比较两种湍流表明,近似长条状湍流对成像系统MTF影响更为明显。     

运动目标激光主动成像系统MTF建模仿真

根据激光主动成像系统的成像原理和线性系统理论,在光电成像系统通用MTF模型的基础上,考虑了大气湍流和运动对系统成像性能的影响,建立了针对运动目标的激光主动成像系统MTF模型,并利用Matlab进行了仿真研究。结合具体的仿真结果,分析了限制系统MTF的主要因素以及目标运动的影响,为后续进行系统性能的评估和优化奠定了理论基础。     

面阵CCD成像系统分辨率靶板图像的MTF分析

分析了光电成像系统不同的调制传递函数测试方法,阐述了用分辨率靶板图像进行光电成像系统MTF测试分析的原理,基于此方法进行了面阵CCD成像系统的实验室MTF测试研究.通过与斜缝法测试MTF的实验数据比对验证了此方法的可行性,讨论了此方法的应用范围.     

行间转移型面阵CCD成像系统设计

采用行间转移型面阵CCD KAI-1020作为图像传感器,以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制器,设计并实现了一个完整的成像系统。FPGA产生驱动时序、控制CCD上电顺序、调节曝光时间,并实现数据缓存。CCD模拟视频信号经过预处理,通过同轴电缆传输到CCD专用视频处理器进行相关双采样和模数转换,以10位像素深度输出到FPGA,数字视频信号经过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）格式输出到数据采集卡。集成化视频处理电路提高了系统的信噪比,改善了成像质量。实验表明,CCD成像系统工作稳定可靠,像素读出时钟为10 MHz时,帧频为10帧/s。设计的CCD成像系统性能好、可靠性高、实现周期短,具有很强的可扩展性。     

水下激光成像系统的MTF分析

讨论了用调制传递函数(MTF)表征水下激光成像质量特性及其影响因素的量值关系,给出了计算该系统MTF的理论近似公式,得出了MTF与空间角频率、目标距离及接收视场角的关系,结果表明采用窄视场的同步扫描技术能有效地提高系统的成像质量。     

两帧图像的"亚象元"技术提高探测图像的空间分辨率

给出两帧图像“亚象元”成像系统的调制传递函数 ,由此分析得出 ,这种技术将采样频率提高 1.4倍 ,适用于探测器占孔比接近 1,按照“亚象元”数字图像的特征 ,进行三种不同插值方法的研究。模拟“亚象元”成像证明 ,两帧图像“亚象元”技术能使图像的空间分辨率提高 1.3 3倍 ,再经过插值处理后 ,图像的空间分辨率进一步提高 ,接近于 2倍的理论值 ,图像质量略逊于四帧图像的亚象元级像。以一块分辨率板作为目标物的实验研究表明 ,两帧图像的“亚象元”成像 ,配合去卷积、图像增强以及插值等数字图像处理 ,空间分辨率得到提高     

紫外像增强器的调制传递函数测试系统设计

紫外像增强器是紫外成像系统的核心器件,其成像质量决定了对紫外光学信号的探测和成像能力。调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）反映了系统对图像不同频率信息的传递能力,是像质评定的一种客观指标。本文基于狭缝成像和傅里叶分析的调制传递函数测试原理,设计了一套紫外像增强器的调制传递函数测试系统。然后对3支紫外像增强器进行了调制传递函数测试实验,得到3支紫外像增强器的MTF曲线截止频率均在32~34 lp/mm之间,并根据MTF曲线对3支紫外像增强器成像质量进行对比分析。最后经过重复测试得到几个重要频率点MTF测试值的标准差均低于0.02。     

利用鬼线及傅里叶分析测量光纤狭缝光谱仪MTF

光学调制传递函数是评价光学系统成像性能的重要指标。以光纤传像束和CCD(CMOS)为代表的离散采样成像器件已经成为高效数字成像系统的重要组成部分。离散采样成像器件对输入光波面是一种线性但不是完全的空间不变过程。MTF的基本原理是系统对空间正弦信号的频率响应。将此类光学系统作为黑箱问题分析,测试系统的频率响应最优方法是选择单频正弦光强图像靶标输入。据此变缺陷为优点,研究利用光栅鬼线结合光学空间二维傅里叶分析,实现连续整数倍频的正弦光强空间波面的提取,得到连续整数倍频的正弦光强图像靶标,并测量了线列光纤狭缝光谱仪系统的MTF,通过测量值拟合获得系统的MTF曲线。     

空间高光谱成像仪的光学设计

空间高光谱成像仪是现代空间遥感器的新型载荷,设计的空间高光谱成像仪光学系统由前置望远系统和光谱成像系统两部分组成,对前置望远系统和光谱成像系统分别设计,再进行组合优化。前置望远系统采用离轴三反结构,在增大幅宽、提高成像质量的同时减小高光谱成像仪光学系统的畸变。为了保证光学系统结构的紧凑,前置望远系统采用视场分离的方式设计,进一步提高了光学系统的分辨率。凸面光栅是现代光栅刻划技术的最新成果,光谱成像系统采用次镜为凸面光栅的Offner光栅光谱仪,实现了光谱成像系统的高分辨率与小型化。组合优化后的高光谱成像仪光学系统幅宽大、体积小、成像质量好、光谱分辨率高、光谱通道数多,全视场全谱段MTF在Nyquist频率下高于0.7,成像弥散圆80%的能量集中在15 m范围内,小于探测器18 m的像元尺寸,均高于系统技术指标要求。     

振动对航空CCD相机成像质量影响分析

振动是影响航空CCD相机成像质量的关键因素.采用调制传递函数(MTF)评价振动对像质影响,应用简谐振动为激励,详细推导了航空振动引起角位移和线位移对成像系统的影响,建立了角位移和线位移与像移大小的一般关系式,并结合工程实际进行了量化分析.指出角位移是影响成像质量的主要因素,提出了进行减震设计的基本思路,提高成像质量.     

基于速度矢量模型的圆轨道空间相机偏流角实时补偿

偏流角是影响线阵CCD 相机推扫成像性能的重要因素。为实现在轨有限计算资源环境下偏流角的快速计算,根据圆轨道卫星飞行与地物随地球自转的速度矢量运动关系,建立了适用于圆轨道正视与前后视成像的偏流角模型,给出卫星飞行过程中星下点相对地物的运动速度矢量作角向振动的数学表达式。根据该模型提出基于旋转CCD 方式的偏流实时补偿方案,并搭建偏流校正成像模拟平台进行了实验验证。仿真和实验表明,速度矢量模型具有更高的计算效率,计算精度和稳定性与坐标变换模型和轨道要素模型一致,能够将偏流导致的图像MTF 下降抑制到5%。该方案适用于 TDICCD 相机与三线阵CCD 立体测绘相机的偏流实时调整机构开发工作。     

高分辨率CCD相机传递函数的实时计算

为了获得大数据量、高速图像下传的高分辨率CCD相机的实时传递函数,提出了一种基于图像快视与采集记录系统的CCD相机成像质量自动评价方法。应用计算机高速信息采集和存储技术,在分析对比度传递函数和调制传递函数之间关系的基础上,利用高对比度矩形靶标法计算CCD相机的传递函数,设计了传递函数实时计算系统,从而完成对CCD相机整机系统的像质实时评价。实验结果表明：当像元数达到20 000个,采集速度达到3.2Gb/s时,该方法能够高速率并且准确实时地计算传递函数。     

调制传递函数在遥感图像复原中的应用

针对空间推扫型全色TDICCD 相机在获取、传输和存储图像的过程中引入模糊和噪声导致图像质量下降的问题,提出了一种基于调制传递函数（MTF）的。感图像复原方法。文中的复原方法是通过图像的MTF 恢复出点扩展函数（PSF）,并将其作为退化函数进行图像复原。通过在MTF 提取前对局部图像用同态滤波算法进行增强处理,加强MTF 提取的抗噪声能力,并使用二次复原的方法避免直接加入增强滤波器导致的MTF 误差。使用均值、对比度及边缘强度等指标对。感图像复原结果进行评价。实验结果表明:复原后图像灰度均值提高45%,平均梯度和边缘强度分别是复原前的3.5和1.75 倍,各项评价指标均优于原始图像,并且MTF 所包含面积MTFA 明显增加,该图像复原算法对提高空间TDICCD 相机图像质量有一定的参考意义。