TDI CCD遥感相机标定技术的研究

论文题目: TDI CCD遥感相机标定技术的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 刘亚侠

导师: 郝志航,阮锦

关键词: 相机,辐射定标,非均匀性校正,系统增益

文献来源: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 随着遥感卫星和遥感应用技术的发展,需要高速,高质量,高分辨率的航天遥感器。由于TDI CCD 具有可以不牺牲空间分辨率和工作速度的情况下获得高灵敏度,而且它不同程度的增加系统的信噪比、分辨能力和响应均匀性使其在高速、微光领域具有广泛的应用前景,成为解决遥感轻型化的主要技术途径和关键技术措施。采用TDI CCD 的传输型相机是航天相机的发展方向。本论文正是围绕传输型TDI CCD 遥感相机研制过程中提出的。由于TDI CCD遥感相机成像系统的研制是一项复杂的工程,它涉及方面较多,每一方面的工作成败都将关系到整个工程的成败,而TDI CCD 遥感相机成像系统的标定是成像系统研制过程中必不可少的组成部分。其实,标定的思想并非仅仅应用在可见光和红外成像技术中,在许多测量和探测过程中都需要定标。定标的实质在于精确地确定仪器的观察值(测量值)与所测量的特定物理量之间的定量关系。本论文结合我所正在研制的TDI CCD 航天相机的项目展开的,分析了TDI CCD 成像的工作原理, TDI CCD 相机的特性,从中可以看出TDI CCD 的优势所在,并进行了TDI CCD 遥感相机的辐射定标、系统增益的测试、系统响应非均匀性校正方面的研究。在应用光学国家重点实验室里, 用人工辐射源标准灯模拟了TDI CCD 相机工作时的典型辐亮度,用积分球实现了TDI CCD 遥感相机的实验室辐射定标。根据不同太阳天顶角和地面反射率确定的辐亮度值来得到预期选定的增益和级数参考值,确定了TDI CCD 相机的调光参数。最后分析了引起辐射标定误差的来源。CCD 相机系统的增益定义为一个模数转换单位(ADU)对应的光生电子数。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 航天光学遥感相机成像技术的优势

1.2 航天相机的发展现状及 CCD 遥感相机的工作原理

1.2.1 航天相机的发展现状

1.2.2 CCD 遥感推扫相机的摄像原理

1.3 课题研究背景及其意义

1.4 本论文的研究内容

第二章 TDI CCD 工作原理与特性分析

2.1 TDI CCD 成像的工作原理

2.2 TDI CCD 相机的特性分析

2.2.1 CCD 图像传感器的MTF

2.2.2 动态范围与级数

2.2.3 信噪比与级数

2.2.4 TDI CCD 响应的不均匀性

2.3 航天相机的传递函数模型

2.4 本章小节

第三章 TDI CCD 遥感相机的实验室辐射定标

3.1 相机图像曝光量的控制

3.1.1 调光原理

3.1.2 辐射定标原理

3.2 相机入口处的总辐亮度和像面曝光量的估算

3.2.1 相机入口处的总辐亮度计算

3.2.2 相机像面曝光量的计算

3.3 相机实验室辐射标定的设备及标定方法

3.3.1 标定设备的组成

3.3.2 幅亮度的计量传递

3.3.3 积分球幅亮度的调控

3.4 相机标定的数值计算和相机的响应特性

3.4.1 最小二乘法基本原理和一元回归分析

3.4.2 标定TDI CCD 响应的线性度

3.4.3 延时积分级数变化与输出图像的关系

3.4.4 放大器增益变化与输出图像的关系

3.4.5 在积分级数和增益变化时标定输出信号暗电平的变化情况.

3.5 不同地面辐照度下参数的调整

3.5.1 如何选择图像曝光量

3.5.2 调光参数的确定

3.5.3 定标的误差分析

3.6 本章小节

第四章 TDI CCD 相机系统增益的测量

4.1 TDI CCD 遥感相机系统噪声特性分析

4.1.1 光子散粒噪声

4.1.2 复位噪声

4.1.3 暗电流噪声

4.1.4 固定图形噪声

4.1.5 量化噪声

4.2 系统增益的数学推导

4.2.1 粗略的计算增益

4.2.2 在信号与噪声的关系中其他噪声的来源

4.2.3 测量增益的有效办法

4.3 系统增益的测试及测试结果

4.4 本章小节

第五章 TDI CCD 相机系统响应非均匀性的校正

5.1 TDI CCD 相机系统响应非均匀性产生的原因

5.1.1 光学系统以及拼接棱镜的影响

5.1.2 TDI CCD 探测器自身的非均匀性

5.1.3 器件工作状态引入的非均匀性以及探测器与读出电路的耦合非均匀性等

5.2 图像的非均匀性特征和定义

5.3 常用的非均匀性校正算法

5.3.1 一点校正算法

5.3.2 二点定标校正算法

5.3.3 多点定标分段校正算法

5.4 线阵TDI CCD 遥感相机光电响应的线性度及校正结果

5.4.1 高频响应非均匀性的校正及结果

5.4.2 低频响应非均匀性的校正

5.5 本章小节

第六章总结与展望

参考文献

作者简介

致谢

博士学位论文原创性声明

发布时间: 2006-03-14

参考文献

• [1].推扫式航天遥感相机动态范围拓展方法研究[D]. 孙武.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)2018
• [2].大视场遥感相机成像均匀性研究[D]. 王文华.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2010
• [3].星载CCD遥感相机图像压缩技术研究[D]. 马舜峰.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2011
• [4].推扫式遥感相机基于图像的实时自动调焦研究[D]. 卢振华.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2012

相关论文

• [1].CCD细分技术及其应用研究[D]. 杨博雄.中国地震局地球物理研究所2005

标签：相机论文;  辐射定标论文;  非均匀性校正论文;  系统增益论文;