论文部分内容阅读
随着空间遥感技术的发展，遥感成像对图像质量的要求越来越高，而TDICCD成像灵敏度高和信噪比高的优点使其成为航天遥感领域轻小型化高分辨率光电探测设备的首选传感器。本文以高分辨率多TDICCD拼接遥感相机作为研究对象，研究了其自动调光算法、多通道成像一致性设计方法、非均匀性校正算法及以上算法在FPGA中的实现等问题。文中首先介绍了TDICCD的结构及工作原理，简要说明了多TDICCD拼接相机的拼接方法和系统组成，指出影响拼接相机准确自动调光的关键因素有两点，即低噪声和成像均匀，并分析了相机主要噪声来源和噪声降低方法。文中进而提出多通道成像一致性设计方法是成像均匀的前提。首先从硬件角度，对工程中影响多通道硬件一致性的各个环节进行仔细探讨，包括器件的一致性选择、电源设计、关键信号传输、PCB设计等一致性设计方法；然后从软件角度，着重研究了多片FPGA的身份标识编码方式、时钟设计、复位设计及高精度自适应CDS设计等影响多通道软件一致性的设计细节，并给出详细设计方法。在应用了多通道成像一致性设计方法后，成像系统中仍然会有残留的成像非均匀性，需要进行非均匀性校正。通过对基于定标和基于场景的常用非均匀性校正方法进行比较分析，针对多TDICCD拼接相机的特点，同时考虑可靠性和实时性，首次提出一种通道内两点定标法、通道间增益平均法、片间自适应场景补偿法的复合非均匀性校正算法。仿真结果表明该算法校正效果良好。在成像均匀的基础上对拼接相机自动调光方法进行了研究。讨论了CCD相机常用调光方法的原理及适用条件，针对TDICCD相机的特点，提出以积分级数和增益作为调光参数，并辅助以直方图拉伸的调光方法；然后深入分析了调光参数的改变对SNR和MTF的影响，据此提出以不同积分级数下MTF的退化量作为增加积分级数时的控制条件之一；最终，以4个关键图像曝光特征统计量进行曝光判断，给出了详细的自动调光算法。最后，文中对非均匀性校正算法及自动调光算法的FPGA实现方案进行了详细的说明。先讨论实现平台及算法分配，然后给出了详细的非均匀性校正和自动调光的硬件实现方法。实验结果表明非均匀性校正算法可将单片TDICCD非均匀性从4.82%降低到0.27%，最终拼接图像的非均匀性降低到0.44%，自动调光算法对曝光不当图像的自动调光效果也能达到预期目标，实时性和FPGA内资源占用率都能够满足工程需求。随后，有针对性的对航天相机中的FPGA软件进行了高可靠性的设计和实现，为以上算法的航天工程应用奠定了可靠的基础。