天问一号高分相机CMOS曝光参数设计与卷帘校正

摘要

为获取高信噪比、明暗度适宜的火表图像,对天问一号火星高分相机CMOS探测器曝光参数开展了详细设计,并对卷帘效应畸变进行了量化分析与校正。首先建立了CMOS探测器光电响应模型,对比了曝光参数中曝光时间与PGA增益对成像信噪比的影响,确定曝光时间为优先调节参量。在分析曝光时间约束条件、明确靶面辐照度计算方法后,给出了不同火表反射率、太阳天顶角及轨道高度参数下的曝光时间设计结果与成像信噪比。最后针对CMOS探测器卷帘畸变机理进行分析,给出了校正方法及理论校正精度。仿真实验结果表明:成像信噪比在非轨道像移受限区域保持在48.28 dB左右,在受限区域则逐步降低,反射率取0.1时最低值为32.45 dB,典型辐照环境下成像信噪比为45.56 dB。根据实际轨道像移分析,CMOS探测器卷帘效应会造成数十像素倾斜畸变,在轨道像移测量误差不超过3.46‰前提下,所述方法校正后图像特征点位移量优于1个像素。