一种基于工业级CCD器件的高性能制冷CCD成像组件

随着CCD器件的发展,采用工业级CCD器件研制高性能制冷CCD成像系统成为一个重要的发展方向。从高性能CCD成像和高性能微光ICCD成像应用需求出发,研制了一种基于工业级CCD器件的高性能制冷型数字视频CCD成像组件;介绍了成像组件在高性能大面阵CCD器件、低噪声驱动电路、小型化低功耗制冷技术以及特殊的制冷腔结构等方面的设计特点,指出成像组件对进一步发展高性能CCD成像系统具有积极的促进作用,在军事、工业、生物医学和科学研究领域具有广泛的应用前景。     

嵌入式三维数字成像系统

提出一种基于数字信号处理器(DSP)的嵌入式三维数字成像系统设计方案。该方案的硬件平台由条纹投影模块、数据采集模块、条纹自动分析模块及储存器等其他辅助电路组成。条纹投影模块将DSP输出的正弦光栅条纹, 经视频编码后用DLP投射到物体表面; 数据采集模块通过CCD相机采集被物体表面三维信息调制后的变形条纹图, 并进行视频解码; 条纹自动分析模块中利用相移算法计算折叠相位, 再结合相位展开算法求绝对相位分布。系统软件采用多线程技术并行控制三个模块。在相位解调过程中以软件流水线为主综合运用了循环展开、数据预取和内联函数等多种方法优化解调程序。实验结果表明, 该系统可以高速、准确地实现三维轮廓测量,优化后相位展开程序速度是优化前的7倍。     

红外激光对可见光CCD成像系统的干扰

采用连续波红外激光对可见光面阵CCD成像系统进行了干扰实验,观察到饱和串扰、全屏饱和等干扰现象,并测到串扰阈值小于2.0×102 W/cm2,全屏饱和阈值为1.2×104 W/cm2。通过分析CCD输出电压、视频信号,提出基于有效干扰面积的干扰效果评估方法,并利用该方法对干扰面积与激光功率密度、辐照时间之间的关系进行了半定量分析。结果显示：激光功率密度对干扰效果的影响较大,而辐照时间在0.5～2.0 s之间时,辐照时间对CCD干扰效果的影响不明显。     

红外激光对可见光CCD成像系统的干扰

采用连续波红外激光对可见光面阵CCD成像系统进行了干扰实验,观察到饱和串扰、全屏饱和等干扰现象,并测到串扰阈值小于2.0×102W/cm2,全屏饱和阈值为1.2×104W/cm2。通过分析CCD输出电压、视频信号,提出基于有效干扰面积的干扰效果评估方法,并利用该方法对干扰面积与激光功率密度、辐照时间之间的关系进行了半定量分析。结果显示:激光功率密度对干扰效果的影响较大,而辐照时间在0.5~2.0 s之间时,辐照时间对CCD干扰效果的影响不明显。     

CCD成像系统信号处理过程的软件仿真与参数优化

对CCD成像系统的AGC(Automatic Gain Control)、背光补偿、伽玛校正等信号处理过程进行了理论分析,在此基础上,讨论了CCD成像系统信号处理过程的仿真与参数优化方法,编写了相关仿真软件。实验结果表明:所讨论的方法能够实现CCD成像系统信号处理过程的软件仿真,并同时实现相关控制参数的优化。     

基于普通CCD的每秒百万帧高帧频成像方法

针对CCD图像输出时间长影响其帧频率的问题,提出了一种基于普通CCD实现超高帧频成像的方法.采用掩膜覆盖CCD的光敏区,建立图像的片上存储空间,消除CCD电荷转移输出占用过多时间的影响,可以使普通CCD的帧频达到每秒百万帧频以上.介绍了不同掩膜实现方案的优缺点,讨论了掩膜图像的恢复方法,采用条状孔掩膜方式建立了基于普通CCD的每秒百万帧高帧频成像系统样机,利用氙灯对样机性能进行验证,获得了14幅79×79像素的氙灯发光过程图像,样机帧频率达到了每秒200万帧的超高速度.     

基于数字微镜器件技术提高面阵CCD相机动态范围的研究

提出了一种采用数字微镜(DMD)器件作为SLM调制面阵CCD的设计方法.解决普通CCD相机在拍摄高反差场景时,图像上出现过曝光或欠曝光,造成丢失细节的现象.该方法通过场景预测成像,确定CCD按多曝光区域的划定和曝光时问.利用DMD微镜凋制功能,实现CCD分区分时曝光.同时设计一种图像数据结构提高了面阵CCD动态范围.实验证明,该方法不但提高了成像质量,高亮和背光处细节可清晰地表现.而且增强了图像数据的动态范围.实现了实时获取高动态范围、高质量的图像及数据,不再需要软件"融合".     

定量中子数字成像散射校正的蒙特卡罗模拟

 中子数字成像过程中,散射中子可降低像质致使提取样品的定量信息变得困难。针对该情况,分析了中子微光成像系统图像散射降质的原理,采用点扩展函数的叠加来表征散射中子引起图像降质的过程,借助于蒙特卡罗方法（MC）对点扩展函数进行模拟和建模,将点扩展函数描述为样品厚度以及样品到探测器距离为参量的解析函数,研究了点扩展函数的计算方法。研究结果表明,借助于MC方法构建系统的点扩展函数之解析函数,并利用该函数对中子图像进行散射校正,是一种行之有效的定量中子数字成像散射校正方法。     

高能X光照相CCD成像系统的模糊效应

 指出了景深、可见光衍射、辐射输运是CCD图像接收系统模糊效应的3个影响因素。用MCNP方法研究了转换屏内的辐射输运,给出了不同入射光子能谱和转换屏厚度下转换屏内能量沉积随半径的变化关系。结果表明:能量沉积随转换屏厚度的增加而线性增加;辐射输运引起的模糊与光子能谱有关,但硬化谱引起的模糊随转换屏厚度的变化小于非硬化谱;转换屏内的辐射输运是CCD图像接收系统模糊效应的主要影响因素;辐射输运引起的模糊和高斯模糊是不同的。     

制冷型红外成像系统内部杂散辐射测量方法

杂散辐射是红外光学系统设计和检测过程中涉及的一项重要指标.为了定量测量红外成像系统内部杂散辐射, 提出一种基于辐射定标的测量方法, 并通过理论推导和实验验证以说明该方法的合理性.首先, 建立了不带光学系统的辐射定标模型, 即探测器直接接收定标源辐射能, 获得探测器内部因素对系统输出的影响; 然后将其与带有光学系统的定标结果进行比较, 得到由光学系统自身辐射对系统输出的影响, 进而计算红外成像系统内部杂散辐射; 最后通过实验证明了本文理论的正确性.该方法操作简单, 对实验条件要求低, 并可以精确地测量红外成像系统内部杂散辐射.可用于指导红外系统设计中的杂散辐射抑制, 验证系统杂散辐射分析结果是否准确以及检测系统杂散辐射指标是否合格.     

基于哈特曼波前传感器的非制冷红外成像光学读出系统

提出了一种新的基于哈特曼波前传感器(SHWS)的光学读出系统.该系统利用SHWS探测焦平面阵列(FPA)单元在受热前后反射波前斜率的变化量重构被探测物体的红外辐射图像.在理论上详细讨论其成像性能后,实验获得了单元尺寸为60 μm×60 μm,阵列大小为34 pixel×38 pixel的高温物体红外图像,其噪声等效温度差(NETD)约为3.8 K.优化系统参数设计,可以提高哈特曼波前传感器对到达角的测量精度进而获得更小的噪声等效温度差.     

KAF-4301E CCD在低温下微光成像特性的实验研究

介绍了实验的原理和方法;重点介绍了在低温下KAF_4301E CCD的成像特性———量子效率(QE)、电荷转移效率(CTE)、读出噪声、暗电流和满阱等的测试结果。实验结果显示,随CCD工作温度降低并超过其最小标称值后,虽然暗流则明显减小,但CTE性能快速变差。从理论上对所得的结果进行了简短的分析和讨论。分析了该型号CCD在微光成像方面的应用前景。     

基于数字微镜器件的压缩感知关联成像研究

将数字微镜器件(DMD)应用于压缩感知(CS)关联成像,在该成像方案中,只需用无空间分辨能力的桶探测器,并结合相应的算法就能得到物体的像;将此成像方案应用于多光谱成像,仅需用线列探测器就能得到物体多光谱像,简化了多光谱成像探测的光电记录过程.通过对关联成像和CS理论的介绍阐明了成像原理.在实验平台上搭建演示装置,分别用...     

基于数字平板探测器的高能X射线成像实验研究

为了将数字平板探测器应用到高能X射线成像无损检测,通过实验研究了平板探测器的噪声和动态范围。设计了基于平板探测器的高能X射线成像系统。通过实验研究了电子直线加速器对数字平板探测器图像采集的束流触发同步问题。     

基于数字微镜器件随机编码调制的相位成像

数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器,有着高调制速度、高精度的优势,可对照明光进行振幅调制或相位调制,广泛应用于相位成像系统中。利用DMD对照明光振幅进行随机编码调制,通过数值仿真分析DMD加载随机编码图案时最小调制单元尺寸、开/关占比对相位成像的影响,利用差值映射迭代算法实现光场重建。通过实验验证了基于数值仿真分析所得的参数可以更快的迭代速度、更少的测量次数完成振幅与相位的恢复,本文方法对于视场为4.3 mm×4.3 mm的物体的重建分辨率可达6.9μm。     

体视显微镜与CCD成像系统在高阶贝塞尔光束光斑测量中的应用

主要对光学测量仪器体视显微镜与CCD成像系统在高阶贝塞尔光束光斑测量中的应用进行分析,通过以非相干LED绿光经过螺旋相位板和轴棱锥产生的高阶贝塞尔（Bessel）光束为例,模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图,并与相应的实验参数（如：最大无衍射距离、中心暗斑直径等）进行比较。实验结果表明,体视显微镜与CCD成像系统的测量结果相吻合,但是体视显微镜测量误差较大会影响测量结果的准确度。     

光学读出非制冷红外成像技术的光学灵敏度分析

不同于传统的非制冷红外成像技术,提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理,具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点,但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上,利用夫琅禾费近场衍射理论,建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型,详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响,并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。     

一种用于非制冷红外热成像系统的图像增强方法

在基于微悬臂梁的光学读出红外成像系统中,获得的红外图像有明显噪声,甚至有连续噪点组成孔洞,让目标难以辨识出来,因此提出基于特征模板卷积的红外图像增强方法。利用Hough变换根据微悬臂梁结构的特点,获得特征卷积模板的尺寸信息,根据成像系统特点建立卷积模板。让模板在图像内逐点卷积,建立评价参数阈值消除图像内噪声。进行均值滤波来填补噪声点及FPA单元的间隔,获得增强后的红外图像。实验结果表明,方法不仅能够有效增强光学读出红外成像系统的成像质量,对于普通存在噪声的图像也有良好的噪声消除效果。     

CCD相机在系统奈奎斯频率处的调制传递函数

调制传递函数是成像系统性能的重要参数，在进行CCD相机调制传递函数测试时，通常采用矩形靶标而非正弦靶标，使调制传递函数的测试值与相机系统实际调制传递函数值存在差异，本文对CCD相机在系统奈奎斯特频率处的调制传递函数测试结果进行了理论分析。     

数字投影三维数字成像的并行DSP实现

提出一种基于数字白光投影的三维数字成像嵌入式DSP处理系统.该系统根据时序变频条纹投影原理,利用TMS320DM642定点DSP和FPGA硬件电路以及多线程软件技术实现了条纹编码、编码图像采集和条纹分析的流水线处理过程.为了提高相位解调算法的速度,使用软件流水对其进行了优化.对于512×512像素图像,五步相移时的条纹图处理速度可达到39.7 fps,能满足快速条纹图处理的要求.测量实验表明,该系统可以实现快速、准确的三维轮廓测量.