航天遥感相机成像电子学系统评测技术研究

发布时间：2017-07-07 20:21

  本文关键词：航天遥感相机成像电子学系统评测技术研究

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【摘要】：航天遥感相机性能指标需求的不断提升给成像电子学系统设计带来了前所未有的挑战。传统的以功能性测试为主导的测试体系已经无法满足电子学系统设计验证的实际需求,建立基于性能指标量化评价的成像电子学测试体系势在必行。以此为出发点,本文从测试模型建立、测试方法研究和测试平台构建三方面对航天遥感相机成像电子学系统测试技术展开了深入的研究。建立了一种基于多参数性能模型的成像电子学系统评测体系,形成“核心指标+过程成像参数”的体系构架。提取了成像电子学调制传递函数(MTF)、信噪比(SNR)、动态范围(DR)、地面像元分辨率(GSD)、灵敏度(S)及非线性度(NL)五个指标为核心指标,对影响每个“核心指标”的因素进行了系统详细的分析,提取出“过程成像参数”,最终形成参数测试矩阵。着重讨论了电荷不完全转移、电荷垂直转移带来的像移失配、V/Q非线性对MTF的影响,建立了数学模型,并给出了量化评价。对成像参数的测试方法进行了深入研究。改进了成像电子学灵敏度测试方法,简化数据处理过程的同时提高了测试准确度;提出了基于PFPN曲线评价光固定图形噪声的测试方法,并利用ΦP曲线和视频响应曲线相结合的方法完成了DN/V非线性和V/Q非线性的判别;提出了基于特殊时序的TDI CCD垂直转移效率测试方法,实现了TDI CCD垂直转移效率的测试,解决了工程测试领域的难题。建立了一套遥感相机成像电子学系统参数通用测试平台,实现了测试体系从理论研究到工程实现的转化。
【关键词】：测试技术 航天遥感相机 调制传递函数 成像电子学非线性 噪声 成像电子学灵敏度
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V443.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景及意义13-15
• 1.2 相关领域的研究现状15-18
• 1.2.1 图像传感器及相机电子学系统测试技术现状15-16
• 1.2.2 光电成像系统性能评价研究现状16-18
• 1.3 遥感相机成像电子学测试技术研究思路的构建18-19
• 1.4 本论文组织结构19-21
• 第2章 遥感相机成像电子学性能评测体系建立21-73
• 2.1 成像电子学核心性能指标提取21-23
• 2.2 影响灵敏度（S）及非线性度（NL）因素分析及成像参数提取23-29
• 2.2.1 成像电子学光子传递模型23-26
• 2.2.2 成像电子学V/Q非线性和DN/V非线性26-29
• 2.2.3 影响灵敏度（S）及非线性度（NL）的过程成像参数提取29
• 2.3 影响成像电子学MTF的因素分析及过程成像参数提取29-44
• 2.3.1 成像电子学MTF影响因素分解30
• 2.3.2 图像传感器采样积分对MTF的影响30-32
• 2.3.3 电荷扩散对MTF的影响32
• 2.3.4 电荷转移对MTF的影响32-39
• 2.3.5 成像电子学非线性对MTF的影响39-41
• 2.3.6 TDI CCD级数对MTF的影响41-42
• 2.3.7 噪声对MTF的影响42-43
• 2.3.8 影响MTF的过程成像参数提取43-44
• 2.4 影响成像电子学SNR的因素分析及过程成像参数提取44-62
• 2.4.1 成像电子学SNR影响因素分解44-45
• 2.4.2 成像电子学噪声对信噪比影响分析45-56
• 2.4.3 级数对信噪比影响分析56-59
• 2.4.4 成像电子学可调增益对信噪比影响分析59
• 2.4.5 成像电子学V/Q非线性对信噪比的影响59-61
• 2.4.6 影响SNR的过程成像参数提取61-62
• 2.5 影响动态范围（DR）的因素分析及过程成像参数提取62-65
• 2.5.1 成像电子学DR影响因素分解62-63
• 2.5.2 图像传感器的饱和输出63
• 2.5.3 非线性对系统DR的影响63-64
• 2.5.4 暗信号对系统DR的影响64
• 2.5.5 影响DR的过程成像参数提取64-65
• 2.6 影响成像电子学GSD的因素分析及评价参数提取65-67
• 2.7 成像电子学参数矩阵及测试体系建立67-72
• 2.7.1 成像电子学参数矩阵67-68
• 2.7.2 成像电子学测试体系建立68-72
• 本章小结72-73
• 第3章 遥感相机电子学成像参数测试方法研究73-105
• 3.1 概述73
• 3.2 成像电子学灵敏度测试方法研究73-81
• 3.2.1 成像电子学灵敏度测试方法理论模型73-74
• 3.2.2 成像电子学灵敏度测试方法实现74-81
• 3.3 基于PFPN曲线的光固定图形噪声 σPFPN测试方法研究81-86
• 3.3.1 PFPN曲线生成及 σPFPN测试81-85
• 3.3.2 PFPN曲线测试不确定度分析85-86
• 3.4 基于 ΦP曲线判别DN/V非线性和V/Q非线性86-90
• 3.5 基于PTC和DTC曲线的图像噪声评价90-94
• 3.5.1 PTC曲线测试方法及噪声评价90-93
• 3.5.2 DTC曲线测试方法及暗噪声评价93-94
• 3.6 TDI CCD垂直转移效率（VCTE）测试方法研究94-103
• 3.6.1 传统CTE测试方法简介94-98
• 3.6.2 基于特殊时序的TDI CCD VCTE测试方法98-103
• 本章小结103-105
• 第4章 遥感相机成像电子学系统参数评价平台构建105-119
• 4.1 概述105-108
• 4.2 通用测试平台硬件构建108-117
• 4.2.1 几何参数测试系统硬件构建108-114
• 4.2.2 光电参数测试系统硬件构建114-117
• 本章小结117-119
• 第5章 测试结果与数据分析119-139
• 5.1 概述119
• 5.2 水平转移效率（HCTE）与MTF关系测试结果分析119-121
• 5.3 成像电子学系统信噪比（SNR）测试结果分析121-126
• 5.4 成像电子学饱和输出能力测试结果分析126-129
• 5.5 成像电子学灵敏度测试结果及数据分析129-134
• 5.5.1 时间域采样次数N对测试结果影响分析129-131
• 5.5.2 照度调整步长L对测试结果影响分析131-132
• 5.5.3 像元数M对测试结果影响分析132-133
• 5.5.4 时间域测试方法与空间域测试方法的结果比对133-134
• 5.6 PFPN曲线测试结果及数据分析134-136
• 5.6.1 时间域采样次数N对测试结果影响分析134-135
• 5.6.2 照度调整步长L对测试结果影响分析135-136
• 5.7 VCTE曲线测试结果及数据分析136-138
• 本章小结138-139
• 第6章 总结与展望139-143
• 6.1 论文工作总结与主要成果139-140
• 6.2 论文主要创新点140-141
• 6.3 未来工作展望141-143
• 参考文献143-149
• 在学期间学术成果情况149-151
• 指导教师及作者简介151-153
• 致谢153

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本文编号：531705