高行频混合域TDI累加成像技术研究
发布时间：2022-02-05 00:10
随着航天遥感领域高分辨率时间延迟积分成像中行频的提高,在一个积分时间内入瞳能量逐渐减少,在弱光条件下成像品质下降,需要采用增大积分级数的方法弥补能量的不足。现有传统数字域累加势必会导致叠加引入过多噪声,而模拟域又受到器件工艺的影响无法实现大级数累加。文章首先提出了一种基于电荷域和数字域混合的累加方式,并阐述了具体成像方案。同时,结合相机在轨成像方式,对混合域累加方式下的信噪比和调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）进行了理论推导。文章最后搭建实验环境对混合域累加方式下信噪比和MTF进行测试,并与传统电荷域进行比较,验证了混合域累加理论的正确性以及实现方法的可行性。根据分析与验证,文章所提方法有效的解决了单纯电荷域与数字域的主要瓶颈,为超高分辨率成像领域提供了有效的解决方案。
【文章来源】：航天返回与遥感. 2020,41(01)CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
混合域级数累加系统结构
多片感光区累加图
分时间不匹配等。由于影响因素较多，下文分析时只考虑v/v做为失配条件的输入，为像元速度失配度。对于FTDI阶积分的TDI相机来说由于速度失配导致的MTF下降公式可以表示为公式（6）：πMTF()TDIsincvvfFflv（6）式中f为相机空间采样频率即奈奎斯特频率，f=1/(2l)；l为探测器像元尺寸。对于第一种影响因素，由于探测器感光像元并非连续线性系统，电荷的转移是通过电荷在势阱中的倾倒实现的。因此电荷转移时的势阱数量决定了感光区电荷与景物移动速度的失配关系。成像电路采用四相连续转移模式。以图3为例，CI1、CI2、CI3、CI4为四项垂直转移驱动信号，Lsync为同步信号。电荷按此时序转移时，一个势阱的时间间隔约为t1、t2、t3、t4，分别为积分时间内的4个等间隔时刻。可以认为每个势阱在内部的最大失速比为v/v0.25，MTF()=sinc(0.125)=0.974vf。图3四项连续转移时序Fig.3Fourconsecutivetransfertimings以上为探测器自身离散性带来的MTF下降。在混合累加方式下，由于驱动信号时序在多片感光区均响应一致，因此自身离散性带来的MTF下降水平与传统电荷累加方式一致[18]。对于第二种影响因素，相机在轨状态下的速度失配带来的MTF下降，在混合域级数累加方式下进行分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速傅里叶变换对刃边法测量遥感相机MTF的影响[J]. 王浩,王怀义,练敏隆. 航天返回与遥感. 2017(01)
[2]TDICCD相机平台振动所致的MTF空间移变降质[J]. 智喜洋,张树青,张伟,孙晅,傅斌. 光学精密工程. 2016(06)
[3]时间延迟积分CCD空间相机信噪比的影响因素[J]. 刘则洵,万志,李宪圣,李葆勇,邵雅荣. 光学精密工程. 2015(07)
[4]卫星振动引起的非规则采样降质图像复原方法[J]. 智喜洋,张伟,李立源,孙晅. 哈尔滨工业大学学报. 2014(09)
[5]采用卷帘数字域TDI技术的CMOS成像系统设计[J]. 陶淑苹,金光,曲宏松,张贵祥. 红外与激光工程. 2012(09)
[6]基于刃边法的星载相机在轨MTF测量精度分析[J]. 周川杰,吕政欣,产晓冰,李显彬. 航天返回与遥感. 2011(01)
[7]基于数字域TDI算法改进面阵CMOS图像传感器功能[J]. 曲宏松,张叶,金光. 光学精密工程. 2010(08)
[8]空间光学遥感运动模糊仿真方法研究[J]. 齐怀川,黄巧林,胡永力. 航天返回与遥感. 2010(02)
[9]刀刃法在轨MTF测量性能分析[J]. 戴奇燕,夏德深,何红艳,满益云,宗云花. 航天返回与遥感. 2006(03)
博士论文
[1]CMOS-TDI图像传感器研究与芯片实现[D]. 聂凯明.天津大学 2014
硕士论文
[1]CMOS图像传感器光生电荷转移效率模拟研究[D]. 丁坤.哈尔滨工程大学 2015
[2]高精度TDI CMOS图像传感器模拟域累加器研究与设计[D]. 徐新楠.天津大学 2012
本文编号：3614201
【文章来源】：航天返回与遥感. 2020,41(01)CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
混合域级数累加系统结构
多片感光区累加图
分时间不匹配等。由于影响因素较多，下文分析时只考虑v/v做为失配条件的输入，为像元速度失配度。对于FTDI阶积分的TDI相机来说由于速度失配导致的MTF下降公式可以表示为公式（6）：πMTF()TDIsincvvfFflv（6）式中f为相机空间采样频率即奈奎斯特频率，f=1/(2l)；l为探测器像元尺寸。对于第一种影响因素，由于探测器感光像元并非连续线性系统，电荷的转移是通过电荷在势阱中的倾倒实现的。因此电荷转移时的势阱数量决定了感光区电荷与景物移动速度的失配关系。成像电路采用四相连续转移模式。以图3为例，CI1、CI2、CI3、CI4为四项垂直转移驱动信号，Lsync为同步信号。电荷按此时序转移时，一个势阱的时间间隔约为t1、t2、t3、t4，分别为积分时间内的4个等间隔时刻。可以认为每个势阱在内部的最大失速比为v/v0.25，MTF()=sinc(0.125)=0.974vf。图3四项连续转移时序Fig.3Fourconsecutivetransfertimings以上为探测器自身离散性带来的MTF下降。在混合累加方式下，由于驱动信号时序在多片感光区均响应一致，因此自身离散性带来的MTF下降水平与传统电荷累加方式一致[18]。对于第二种影响因素，相机在轨状态下的速度失配带来的MTF下降，在混合域级数累加方式下进行分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速傅里叶变换对刃边法测量遥感相机MTF的影响[J]. 王浩,王怀义,练敏隆. 航天返回与遥感. 2017(01)
[2]TDICCD相机平台振动所致的MTF空间移变降质[J]. 智喜洋,张树青,张伟,孙晅,傅斌. 光学精密工程. 2016(06)
[3]时间延迟积分CCD空间相机信噪比的影响因素[J]. 刘则洵,万志,李宪圣,李葆勇,邵雅荣. 光学精密工程. 2015(07)
[4]卫星振动引起的非规则采样降质图像复原方法[J]. 智喜洋,张伟,李立源,孙晅. 哈尔滨工业大学学报. 2014(09)
[5]采用卷帘数字域TDI技术的CMOS成像系统设计[J]. 陶淑苹,金光,曲宏松,张贵祥. 红外与激光工程. 2012(09)
[6]基于刃边法的星载相机在轨MTF测量精度分析[J]. 周川杰,吕政欣,产晓冰,李显彬. 航天返回与遥感. 2011(01)
[7]基于数字域TDI算法改进面阵CMOS图像传感器功能[J]. 曲宏松,张叶,金光. 光学精密工程. 2010(08)
[8]空间光学遥感运动模糊仿真方法研究[J]. 齐怀川,黄巧林,胡永力. 航天返回与遥感. 2010(02)
[9]刀刃法在轨MTF测量性能分析[J]. 戴奇燕,夏德深,何红艳,满益云,宗云花. 航天返回与遥感. 2006(03)
博士论文
[1]CMOS-TDI图像传感器研究与芯片实现[D]. 聂凯明.天津大学 2014
硕士论文
[1]CMOS图像传感器光生电荷转移效率模拟研究[D]. 丁坤.哈尔滨工程大学 2015
[2]高精度TDI CMOS图像传感器模拟域累加器研究与设计[D]. 徐新楠.天津大学 2012
本文编号：3614201
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