TDI CCD遥感相机标定技术的研究

摘要

本论文结合我所正在研制的TDICCD航天相机的项目展开的，分析了TDICCD成像的工作原理，TDICCD相机的特性，从中可以看出TDICCD的优势所在，并进行了TDICCD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TDICCD相机工作时的典型辐亮度，用积分球实现了TDICCD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TDICCD相机的调光参数。分析了引起辐射标定误差的来源。推导了计算增益的数学公式，并由此公式导出了实验室测量增益的方法。该方法是基于光子霰粒噪声服从泊松分布。与信号的平方根成正比的前提展开的。采用“光子转移曲线”(photon-transfercurves)方法得到了该TDICCD遥感相机的增益。分析了引起该TDICCD相机系统响应非均匀性的原因，在分析现有焦平面阵列非均匀性校正的算法的基础上，针对线阵TDICCD遥感相机光电响应是线性的这一特点，对单片CCD进行了增益校正，然后对四片放在一起的情况进行了偏置校正，四片校正后图像的标准方差比校正前减小了6.46倍。

目录

文摘

英文文摘

声明及长春光学精密机械与物理研究所博士学位论文原创性声明

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

2.4.3信噪比与级数

2.4.4 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

3.4.2延时积分级数变化与输出图像的关系

3.4.3放大器增益变化与输出图像的关系

3.4.4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

5.1.2TDI 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

攻读博士期间发表的文章

致谢