行间转移型CCD激光干扰效应阈值估算方法

电荷耦合器件(CCD)图像传感应用中,通过非实测手段获取器件的干扰效应阈值非常重要,有时甚至是唯一手段。分析了行间转移型CCD单像素饱和与串扰等典型激光干扰效应的影响因素,研究了垂直拖尾、光晕和串扰3种效应的物理本质间的内在联系与区别,初步证实垂直拖尾系数对串扰效应而言为非敏感参数。提出了基于饱和信号电荷量、像元尺寸、量子效率以及光晕抑制率等器件参数,从现有的效应数据预估相似器件单像素饱和阈值、串扰线饱和阈值的外推方法。对柯达面阵CCD器件的饱和阈值测量与干扰效应实验显示,预估结果与实验值之间的偏差量分别为3%和20%,属于可以接受的范围,表明预估方法切实可行。     

多TDICCD拼接遥感相机成像串扰分析与抑制

为了解决多时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)拼接遥感相机不同CCD通道间的成像串扰问题,提高相机信噪比(SNR)和成像质量,利用周期信号的傅里叶级数分析法推导成像串扰的数学模型。根据理论分析结果提出多TDICCD成像串扰的根本原因是CCD工作不同步造成TDICCD成像电路电源的地平面高频扰动影响到了相邻通道CCD有效视频信号的采集。从工程研制实际出发,采取CCD通道之间的工作电源隔离以及共用统一的系统时钟等措施对多TDICCD成像电路系统进行改进,抑制成像串扰的发生。对改进后的多TDICCD成像电路系统进行成像和信噪比测试。实验结果表明,采取的措施有效地去除了CCD通道间成像串扰条纹,相机信噪比得到了显著的提高,在相机入瞳辐亮度为42.6W/(m2·Sr)的条件下,相机信噪比提高18.85dB,达到了50.42dB,且外场成像质量高,满足实际工程的需求。     

高速CCD成像电路抗串扰技术

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成像电路抗串扰技术

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。     

光致变色双波长光存储读出信号串扰建模与消减

在材料反射率及记录信息空间分布任意的情况下，分析了双波长读出信号及其串扰，建立了理论模型.提出读出信号减去另一波长读出信号与特定系数乘积以消除线性串扰的方法，该系数仅与另一波长对应材料的摩尔消光系数有关，与材料反射率分布、记录信息等无关，也与原波长激光对应材料无关.以两种二芳基乙烯为记录介质作多波长光存储串扰消减实验，实验结果与理论相符. 关键词： 多波长 光致变色 光存储 串扰     

基于面阵CCD芯片KAI-1010M的TDI三线阵工作方式

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构、工作时序和驱动系统,采用将存储区内相同像素在不同曝光时间的感应电荷叠加,实现了行间转移面阵CCD的时间延时和积分工作方式|采用Fast Dump Gate(FDG)功能快速清除电荷而只保留3行CCD信号以提高帧频,克服面阵帧周期长的缺点,实现三线阵工作方式,最终实现了三线阵的时间延时和积分成像工作方式.实验结果表明,此实现方式是可行的,最大帧频可达54.3 fps,控制曝光时间的方式灵活,而且能使CCD输出信号的幅度成倍的增加.     

基于面阵CCD芯片KAI-1010M的TDI三线阵工作方式

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构、工作时序和驱动系统,采用将存储区内相同像素在不同曝光时间的感应电荷叠加,实现了行间转移面阵CCD的时间延时和积分工作方式;采用Fast Dump Gate(FDG)功能快速清除电荷而只保留3行CCD信号以提高帧频,克服面阵帧周期长的缺点,实现三线阵工作方式,最终实现了三线阵的时间延时和积分成像工作方式.实验结果表明,此实现方式是可行的,最大帧频可达54.3 fps,控制曝光时间的方式灵活,而且能使CCD输出信号的幅度成倍的增加.     

体全息存储分维复用串扰噪声分析

基于耦合波理论并引入波矢簇的概念 ,对体全息存储分维复用的串扰噪声进行了分析。在改变参考光俯仰及偏转角度条件下对全息图的读出图像进行了模拟计算 ,给出了实验结果 ,计算得到了二维串扰强度分布。理论及实验证明 ,在改变读出参考光俯仰角的情况下 ,谱面全息图呈现水平带状读出 ,并且带状图样随偏转角改变而上下移动     

多视点自由立体显示串扰分析与视区仿真

对多视点自由立体显示的串扰成因进行了分析,推导出了无串扰观看点与光栅参数之间的关系;然后分别对垂直于显示器方向和平行于显示器方向的串扰进行了分析与计算,得到了屏前三维空间的串扰分布情况.仿真结果表明,沿显示屏幕垂直方向的视区范围大于水平方向的视区范围,而且在水平平行于屏幕的方向上,每一个视点存在多个理论无串扰观测点,但在垂直于屏幕方向上,每个视点只存在一个理论无串扰观测点.最后通过对屏前三维区域视点光强进行仿真,进一步验证了串扰计算的准确性,为自由立体显示系统的最佳设计与具体实现奠定了仿真基础.     

光致变色多阶光存储中的光学串扰分析

利用光致变色材料的灰度分阶特性可以实现多阶光存储。以傅里叶光学和光致变色记录符的可叠加性为基础,采用霍普金斯标量衍射理论的经典归-化坐标,对光致变色多阶光存储中的光学串扰进行了理论建模和数值分析。作为后续电通道补偿设计的前提。数值计算结果表明：相邻记录符与盘基信号的交叉串扰项是光学串扰的主要成分,且随着中心距的增加,相邻记录符引起的串扰迅速降低;当无寻道误差时,邻道记录符引起的串扰可以忽略;高阶记录符引起串扰要明显高于低阶的串扰。且影响多阶存储的可分阶性;实验结果很好地验证了所建立的模型的合理性。     

面阵CCD相机的飞秒激光损伤分析

研究了飞秒激光对CCD相机的干扰和损伤效应。采用波长为800 nm,脉宽为100 fs,单脉冲能量为500μJ的脉冲激光辐照行间转移型面阵CCD相机,测量了飞秒激光对CCD相机的损伤阈值。在逐步提高到达CCD靶面能量的过程中观察点损伤、线损伤和全靶面损伤等实验现象,得到了点损伤阈值为151.2 mJ/cm2,线损伤阈值为508.2 mJ/cm2,全靶面损伤阈值为5.91 J/cm2。测量了CCD在不同损伤情况下时钟信号线间及其与地间的电阻值,通过对比CCD损伤前后的电阻值,发现线损伤和全靶面损伤时CCD垂直转移时钟线间及其与地间的电阻值明显变小。最后分析讨论了损伤部位和损伤机理。     

超连续谱激光干扰多色CCD探测器建模仿真研究

结合超连续谱激光器光谱辐射特性及多色CCD信号传递转换机理,建立了激光干扰多色CCD成像仿真模型。依据多色CCD工作原理,理论分析了饱和串扰信号转移规律;根据多色CCD结构,借助光学专业设计软件实现CCD像面激光能量空间分布特性研究;综合考虑饱和串扰信号转移规律及CCD像面激光能量空间分布,建立了超连续谱激光干扰单色CCD饱和串扰效应仿真模型,在此基础上结合多色CCD成像多色可视化原理,实现超连续激光干扰多色CCD输出图像仿真。最后,引入图像质量评价因子,研究了不同激光能量对多色CCD输出图像质量的影响。实验结果表明:激光功率密度是激光干扰效果的重要影响因子,随着激光能量增大,多色CCD输出图像质量下降。     

激光辐照TDI-CCD相机饱和串扰效应及侧斑建模仿真分析

根据推扫式线阵TDI-CCD成像系统的信号存储、传输与转换原理,分析了其在激光作用下产生不同饱和串扰现象的机理,建立了激光辐照TDI-CCD红外相机饱和串扰效应模型;考虑了视场外激光干扰过程中出现的侧斑现象,同时借助光学追迹模型,实现了连续激光干扰星载红外相机的成像仿真过程;通过图像质量评估因子定量分析了不同入射条件下激光辐射对相机输出图像质量的影响。结果表明:入射角不同,激光成像结果不同.选用1.064μm视场外激光在一定入射条件下,当改变激光入射角从2.86°到2.89°时,激光将出现侧斑;当激光功率密度提高1~4倍,光斑干扰面积百分比将不同程度的扩大.     

基于面阵CCD的时间延时积分模式的空间相机自动对焦

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。     

强光致CCD过饱和效应机理分析

分析了正常工作条件下CCD信号检测电路工作的全过程;指出了在正常工作状态下CCD对检测电路的注入是以低占空比的周期性窄脉冲方式进行的,配合有效的复位机制,使每个像素的复位电平保持为常值。根据CCD过饱和状态的产生条件和CCD信号传输沟道内的电势分布特点,提出了CCD过饱和状态的物理实质,即激光在CCD的受辐照点处提供了一个光生电流源,光生电荷将CCD的传输势阱全部填满之后使得CCD由一个电荷器件转变为一个电流器件。电流通过由CCD时钟的低电平所确定的沟道传输,使CCD对检测电路的注入以近乎连续的周期性长脉冲方式进行,导致了复位电平的改变,造成过饱和的视频图像。     

线阵CCD全饱和单侧拖尾特性分析

在用532nm连续激光辐照TCD-1200D型线阵CCD的过程中,发现了光斑的全饱和单侧拖尾现象。为了分析这种现象的特性,实验测量了拖尾长度随激光功率、CCD积分时间和CCD驱动频率的关系,发现拖尾长度随着激光功率和积分时间的增加而增加,但在一定范围内与CCD驱动频率无关。通过理论计算和实验数据分析拟合发现,拖尾长度和激光功率密度和积分时间的乘积有关,并根据激光辐照下CCD器件光生电荷量的产生过程,推导出了拖尾长度与CCD势阱光生电荷量的关系,得到了拖尾长度随光生电荷量的变化曲线,为全饱和单侧拖尾现象机理分析提供了数据支持。     

532 nm脉冲激光辐照CCD实验研究

 采用532 nm,10 ns的脉冲激光对面阵CCD进行辐照实验,对每一阶段的实验现象和电路层面的破坏机理进行了深入分析,根据实验现象,把脉冲激光对CCD的硬破坏分为3个阶段：第1阶段在低能量密度激光辐照下,被破坏的CCD局部出现无法恢复的白色盲点,但其它部分仍可正常成像;第2阶段CCD探测器受到激光辐照后,在光斑处的时钟线方向出现白色竖直亮线,亮线处无法正常成像且激光辐照撤去后无法恢复;第3阶段受高能量密度激光辐照后,CCD完全失效,无法恢复成像。针对CCD的饱和及恢复阶段,利用Matlab编码对分辨力靶板的成像数据进行处理,分析了激光辐照CCD对饱和像元数和对比度的影响。结果表明：当CCD受到激光辐照时,饱和像元数迅速增多,图像对比度迅速下降为零,激光脉冲消失后,整个CCD成像亮度下降,饱和像元数迅速下降为零,经过一段时间后CCD又恢复至线性工作状态,激光的能量密度越高,CCD恢复所需的时间就越长。研究还发现：当恢复时间超过0.6 s,CCD出现不可恢复的白色条带,严重影响成像质量。     

应用激光技术检查火炮的零位和零线

在火炮（包括地炮,高炮）的零位、零线检查中,一直停留在吊垂线、人眼瞄准等费时费力的传统方法中,速度慢,误差大,夜间和野外条件下无法实施,而且由于垂线较高,危险性较大。利用“激光延展技术”代替铅垂线,用激光束瞄准代替人眼瞄准。并在零位检查中利用ＣＣＤ探测技术,使“激光垂线”和炮口十字线通过ＣＣＤ摄像头形成的像在显示器上显示出来。该方法可使火炮校正速度提高５倍左右,精度提高一倍。     

CCD中激光光斑的全饱和单侧拖尾现象

利用532 nm连续激光辐照以东芝TCD1200D型线阵CCD为图像传感器的扫描相机进行实验,在相机输出视频中发现了光斑拖尾的现象,拖尾有限长、全饱和并且仅在光斑一侧。分析排除了光分布造成拖尾的可能原因。其单侧、有限长的特点不符合像素溢出或漏光造成的拖尾,而与转移损失造成的拖尾一致。但其全饱和的特点,不符合目前转移损失率的常数模型。针对当前体沟道CCD的内部结构和工作原理,提出了一种转移损失率随电荷量变化的模型,对新发现的全饱和单侧拖尾进行了解释。     

A dazzling phenomenon of CW laser on linear CCD camera

A laser dazzling experiment is performed on a linear CCD camera, in which a new dazzling phenomenon is found. It is that a laser beam has caused three spots in the output video of the CCD. The three spots lie in the line along which the linear camera is scanning. The middle spot is the image of laser beam that can be anticipated, but the two sideward spots is a new phenomenon that hasn’t reported in other open literatures. We testify that it isn’t laser high-order mode, diffraction and multiple reflections in the optical path outside the camera that cause the three spots. In the process that linear CCD camera scans the laser beam, the multiple reflections between the lens and CCD image sensor are analyzed. The results indicate that multiple reflections inside the camera can induce the sideward spots. Three basic factors that caused sideward spots have been summed up as follows: the scanning mode of the linear camera, the high brightness of laser, and structure of lens and CCD image sensor.