大面阵彩色CCD相机技术研究

论文摘要

随着CCD探测器件制作工艺的日益成熟,CCD航测相机得到了快速的发展,特别是面阵CCD型航测相机,由于其凝视成像且具有体积小、重量轻、相机系统结构相对简单等一系列优势而得到航空测量领域越来越多的重视。而大面阵彩色CCD探测器的成功研制和量产,更是给彩色航空数码相机带来一次前所未有的革命。本文针对大面阵彩色CCD航测相机的关键技术进行了研究,主要包含以下几点内容:首先,简要分析了可见光的大气传输特性,利用“6S”大气辐射传输模型软件计算了30km高度时0.4～0.70μm谱段辐射光的大气透过率,并计算该谱段辐射光在30km高度时针对不同地面目标的大气传输信号强度。其次,分析了大面阵彩色CCD航测相机的工作原理,并根据航测相机的性能指标要求进行航测相机光学系统的结构参数论证,最终确定采用双高斯形式光学系统,设计出焦距为360mm,入瞳口径为83mm,全视场角为10°,MTF在83lp/mm时大于等于0.6的光学系统,并对初步设计完成的光学系统进行了性能指标的复核。然后,详细分析了大面阵彩色CCD航测相机光学系统的性能,主要包括:(1)分析了光学系统的环境适应能力,并对光学系统进行了光学被动式消除环境热敏感处理;(2)分析了杂散光对光学系统性能的影响,主要分析了有效视场外光线和鬼像对光学系统的影响,并给出了针对该光学系统的遮光罩设计并进行了光机整体消杂光仿真;(3)对光学系统进行了公差分配,分别给出了在常温常压的加工装配条件下和在航测相机的实际工作环境条件下的系统公差分析结果。最后,对大面阵彩色CCD航测相机所得到的bayer格式图像的彩色插值恢复算法进行了分析和研究:分析了典型彩色插值恢复算法的算法结构和各种算法对bayer格式图像彩色恢复性能的仿真结果,并对结果进行了定性和定量两个方面的评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 彩色航测相机国内外发展现状
• 1.2.1 彩色航测相机国外发展现状
• 1.2.2 彩色航测相机国内发展现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 可见光的大气传输特性简介
• 2.1 可见光的大气传输机理及分析
• 2.1.1 影响可见光大气传输的因素分析
• 2.1.2 辐射光大气传输过程模拟软件6S介绍
• 2.1.3 大气对可见光传输的吸收影响
• 2.2 地面目标在可见光谱段信息分析
• 2.3 可见光的大气传输辐射计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 大面阵彩色CCD 相机光学系统设计
• 3.1 大面阵彩色CCD 相机工作原理分析
• 3.1.1 FTF6080C 性能分析
• 3.1.2 大面阵彩色CCD 相机彩色图像获取过程分析
• 3.2 光学系统结构参数的确定
• 3.2.1 焦距与视场角
• 3.2.2 光学系统F 数选择及影响因素分析
• 3.3 光学系统结构设计
• 3.3.1 光学系统初始结构的确定
• 3.3.2 光学系统初始结构的优化
• 3.3.3 光学系统所用玻璃性能分析
• 3.3.4 光学系统F 数验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 大面阵彩色CCD 相机光学系统性能分析
• 4.1 大面阵彩色CCD 相机光学系统环境适应性分析
• 4.1.1 工作环境对光学系统的影响
• 4.1.2 消除环境敏感性的方法分析
• 4.1.3 光学系统消除环境敏感性设计
• 4.2 大面阵彩色CCD 相机杂散光分析
• 4.2.1 光学系统杂散光分类
• 4.2.2 光学系统遮光罩设计
• 4.2.3 光学系统鬼像分析
• 4.3 光学系统公差分析
• 4.3.1 总体公差分配原则及过程
• 4.3.2 光学系统公差分配
• 4.4 本章小结
• 第5章 大面阵彩色CCD 相机采集图像处理算法研究
• 5.1 bayer 格式图像特点及其插值恢复算法分类
• 5.2 图像数字化方法分析
• 5.3 典型的bayer 格式图像的彩色插值恢复算法分析和测试
• 5.3.1 双线性插值法
• 5.3.2 色比不变法
• 5.3.3 边界检测法
• 5.3.4 自适应插值法
• 5.4 不同插值恢复算法的性能评估
• 5.4.1 典型真彩色图像视觉感受
• 5.4.2 插值算法的定量评价
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢