三镜头偏振CCD相机响应的非一致性校正

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如何校准CCD摄像机

如何校准CCD摄像机
若电眼的位置变化，更换新的电眼，或材料离电眼距离变化时，需要对电眼进行校准。

校准需要一块标准的、形状标准的板。

在该系统中需要板宽度应为约400mm,
校准步骤
1．首先调整CCD电眼位置，使其能显示正确的波形，在DO2000，的“SHOW CCD-SCAN”中。

2．将准备好的校准板，放在胶料实际运行经过的位置，并测出校准板的实际宽度值A。

3．将实际宽度值A，输入到相应的CCD相机OL80的参数P18（template width）中.
4．然后退出OL80的参数设定，到如下的界面
然后移动“增加”或“减少”键选择，相应CCD相机OL80，按“HELP”键，选择“service function ”选项，然后按“确认”键，进入校准的选择界面，选择“camera cal. standard”,然后按“确认”键。

等大约30秒，校准即可完成。

最后按“ESC”键退出到正常操作画面。

在轨完成CCD非均匀性校正的方法

在轨完成CCD非均匀性校正的方法李丙玉;王晓东;李哲【摘要】为使空间遥感相机图像具有良好的均匀性,利用XQ2VP40 FPGA在轨实时完成TDI-CCD非均匀性校正.首先对CCD非均匀性校正原理进行分析,提出了半饱和灰度值和暗场灰度值的两点校正法;然后,介绍了空间遥感相机的系统结构,利用FPGA实现了校正算法;最后,通过实验对均匀性校正的有效性进行了验证.实验结果证明:FPGA在轨实时完成CCD非均匀性校正的方法是可行的,对于非均匀性5%的TDI-CCD,校正后非均匀性控制在1%以内.%In order to get space camera image with good uniformity, a method of real-time TDI-CCD non-uniformity correction in orbit using XQ2VP40 FPGA is studied.Firstly the principle of CCD non-uniformity correction is analyzed, a two-point correction algorithm of half saturation gray and dark field gray is proposed, then the architecture of space cameras is introduced and correction algorithm utilizing FPGA is realized, finally the effect is proved by experimental result.The experimental results show that the method of CCD non-uniformity correcting is feasible, for the TDI-CCD whose non-uniformity is 5％, the non-uniformity is less than 1 ％ after correction.【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2011(026)002【总页数】5页(P255-259)【关键词】在轨;实时;TDI-CCD;暗场;非均匀性【作者】李丙玉;王晓东;李哲【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院研究生院,北京,100039;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】V447.3;TN386.51 引言TDI－CCD是一种具有高灵敏度、多重级数延时积分功能的CCD，主要应用在低照度条件下，近年来广泛应用于空间遥感相机成像领域［1－3］。

多波段偏振CCD相机的辐射定标研究

0 . 99
800，456 Y = 101 + 1013 x
0 . 99
将积分球输出能量按 1、2、3 级变化，对积分球辐射源的每种输出，对每一方向测量记录 8 次取平
均，在扣除暗电流后，利用这些数据进行线性拟合可
得到每一方向的线性响应曲线。图 3 分别给出了 3
个偏振方向的线性拟合曲线。由图 3 可见，多波段
3 定标内容和方法
3.1 暗电流检测
暗电流是由硅等探测器件产生的热信号，它的
大小与器件的工作环境和温度有关。检测方法是让
仪器在典型的工作条件下，我们挡住多波段偏振
CCD 相机的入光孔进行测量，从获得的 12 位图像上
分析其灰度值，其平均值为 14.5，标准偏差为 0.41。
CCD 探测器响应的不均匀性。
3.4 辐射响应度定标的数学模型由前面的线性度定标可知，在多波段偏振 CCD
相机动态范围内有相当好的线性。于是多波段偏振
CCD 相机辐射定标的数学模型可以用式（2）表示：
Vi，（ K）= K0 Ri，（ K）Bi， + K1 Ni，（ K）+
K2 Mi，（ K）
（2）
3.2 稳定度
稳定度是表征仪器测量值在一定工作时间内的
重复精度。对稳定度的检测是将多波段偏振 CCD
相机对准积分球辐射源，积分球出射面充满仪器视
场。打开积分球光源及仪器进行预热至稳定状态，
每隔 10 分钟测量记录一次，连续测量 10 次，10 次测
量的相对偏差（标准偏差除以平均值）即能代表稳定
度的大小。
表 2 不同像元的的响应（ Y 是输出灰度值，x 为相对强度）
探测器 0 方向

X射线安检系统中像素信号不一致性校正

X射线安检系统中像素信号不一致性校正第29卷第1期2006年3月电子器件chiI精eJournalⅨElectronDevicesV01.29No.1Mar.2006InconsistencyCorrectionofPixelSignalinX-RaySecurityInspectionSystemDAY ah,ZHUWei,SHIXiao-jUTI,DUGuo-liang(DepartmentofElvctronies,SotMhe.astUniversity,Nanjing210096.China) Abstract.TheinconsistencycorrectionofpixelsignalisoneimportantmethodtOachievehig hqualityim-age.Analyzedthecauseofinconsistencyofpixelsignalsystematically,correctionforpixelsi gnalwithsoftwareaccompanyingwithhardwareisapplied.Aftercorrectionthehorizontalstriationsar eelinatedandtheimageisuniformandclear.ThecorrectiontechniquesprovetObeefficientandeasilya chievableinpractice.Keywords.detectorarray;pixelsignal;inconsistency;correctionEEAoC:7450X射线安检系统中像素信号不一致性校正达炎,朱为,史小军,堵国梁(东南大学电子工程系.南京210096)摘要:对像素信号不一致性进行校正是x射线安检系统中获得良好图像质量的重要保障之一.从系统角度分析像素信号不一致性产生的原因.提出硬件校正辅助软件校正的方法并进行了相应的实验.实验结果表明.经过软硬件校正后的图像清晰均匀.水平条纹基本消失.这种校正方法在X射线安检系统中是有效的.可以在工程实践中推广使用.关键词:阵列探测器f像素信号l不一致性l校正中固分类号:0766.3文献标识码:A文章编号:1005-9490(2006)01-0149-03利用X射线技术的X射线安检系统已经成为海关,机场,铁路及公路等交通运输出入口处安全检查的必备设备.安检系统的成像质量直接影响到检测效果,成像不清晰将带来重大的安全隐患.针对像素信号不一致性引起水平条纹的根本原因,本文介绍采用软件校正和硬件校正相结合的方法来消除水平条纹,提高成像清晰度.1安检系统的结构及成像原理安检系统结构见图l.其主要结构由X射线源,阵列探测器,前置放大电路,后置放大电路,信号采集电路,计算机显示等六个部分组成.掇嗣罄元】前放电路1探捌器元n前放电图1安检系统框图安检系统中一般采用轫致辐射源(直线加速器)作为X射线源.工作电压为140kV的X射线发生器发射出圆锥形x射线束,该射线束经过准直器调整为6O.的扇行平面射线柬后照射到探测器上.阵列探测器中的探测器元是一种闪烁体探测器,它是通过电离辐射刺激晶体发光而工作的.闪烁体探测收稿日期:2005-07-04作者筒介:达炎(198l-),女,硕士研究生,主要从事电路与系统设计,dayandouhle~163.coin;朱为.男.副教授.硕士生导师.主要从事电路与系统设计,史小军.男.教授.硕士生导师.主要从事电路与系统设计l 堵国粱.男.副教授,硕士生导师.主要从事电路与系统设计.150电子器件第29卷器由闪烁体,光电倍增管和电子学测试仪器三部分组成.闪烁体和光电倍增管构成了闪烁体探测器的探头部分,它在很大程度上决定了闪烁体探测器性能的好坏.闪烁体可以是有机物或无机物,在研究过程中我们选用无机物CsI(T1)作为其闪烁体.X射线束进入闪烁体物质,刺激其发光产生可见光子.光电倍增管将光子能量转化为电流信号.前置放大电路采用高阻V变化技术将各探测器元的输出微弱的电流信号转化为较大的电压信号.后置放大电路继续放大电压信号,最后采集电路将这些模拟信号转化为数字信号,并传送给计算机进行软件处理.各探测器元的输出信号反映了所在位置X射线的辐射强度,它与射线到达该处所经路径上的物体有关.因此,阵列探测器的输出信号反映了当时射线柬穿过物体中物质的分布状况.通过计算机软件实时处理后,在屏幕上将显示为一条像素线,借助于拖动装置使物体匀速通过射线束,计算机顺序地把一条条像素线显示出来,构成一幅二维扫描图像.2引起像素信号不一致性的因素像素信号的不一致性主要由以下几个方面因素造成;(1)X射线束空间分布的不一致性直线加速器X射线源具有辐射能量高,穿透力强和安全性高的特点.但是它产生的X射线扇行束流的空间分布是不均匀的,一般扇面中间强度高,两边强度低.这种空间上分布的不均匀,造成探测器所处的辐射背景不同.为了使照射面内辐射水平差异不至太大,在工程实践中通常限定照射面的张角不能超过=t=30..即使如此,照射面的辐射水平也不一样,而且X射线在透射客体时会发生能谱硬化I-1]现象,所以X射线束空间分布必定存在不一致性.(2)探测器元的不一致性[2阵列探测器一般由数百乃至上千个探测器元组成,二维扫描图像中每个像素的灰度值就是通过不同的探测器元在不同的时刻获得的.探测器元中闪烁体csI(T1)是铊激活的碘化铯闪烁晶体,它的性能与闪烁体内激活剂(T1)的含量,分布及晶体的透明度有关,这就造成了探测器元闪烁体的不一致.光电倍增管由光敏阴极和倍增系统组成.光敏阴极将闪烁体内产生的荧光光子转化为光电子.倍增系统在电场作用下通过联极的次级发射,将来自光阴极的光电子数目成倍地增加.由于这两次转化效率的不同,造成光电倍增管的不一致性.(3)各探测器元与射线源相对位置的不一致性各探测器元与射线源相对位置的不一致性包括距离和角度两个方面.由于安装和加工的误差,这种不一致性不可避免.探测器和放射源位置的不一致性会导致入射到各探测器元辐射强度的不一致性.(4)放大电路的不一致性每个探测器元都有自己独立的前放电路和共用的后放电路,而构成电路的电子器件在工作时性能会有差异.所以即使入射辐度一样,穿透的物体一样,系统的各路输出也不可能完全一样.系统像素信号的不一致性会导致扫描图像出现水平条纹,影响检测效果.3校正的原理和实现3.1软件校正为了减小安检系统中诸多不一致性对扫描图像质量的影响,可以使用软件法校正,它应用简单方便,一定程度上能减小扫描图像出现的水平条纹.理想情况下每个探测器元的响应度与射线照射到探测器焦平面上的辐射功率有关,且呈线性.探测器响应方程为[3-i:Vi=Ri×+i(1)其中:为射线照到探测器焦平面上的辐射功率,Ri为探测器响应度,i为无射线照射时探测器输出的零点信号,Vt为此探测器的输出信号.各个探测器元的R;和t的不同造成了探测器响应的不一致,也就导致了像素信号的不一致.像素信号不一致性的本质是探测器响应曲线的斜率和截距不同,对系统来说就是增益与零点的不同,为此必须对零点校正和对增益归一化.零点信号是叠加在信号之上的,因此在校正时,应该先从输出信号中将其扣除,这就是零点校正.对增益归一化就是各路探测器元在输入信号相同的情况下,把各路扣除零点后的输出信号归一化为统一的输出信号.软件校正的具体算法如下:(1)生成增益归一化的零点数据和校正参数在无射线照射时,测量探测器的输出,即零点数据;[1]～V o;[,z](其中,z为图像高度,也就是探测器元的数目).然后在没有物体的情况下,让射线照射探测器,测量空载数据Vj[1]～Vi[],然后得到:]===簧其中:,;为各探测器元空载数据和零点数据的均值,司为第,z点的校正参数.第1期达炎,朱为等:X射线安检系统中像素信号不一致性校正151 (2)进行像素灰度校正校正方程为:Il1Trr1[71];;(3)意LJ其中:Vr[,z]和[,z]分别为校正前后第竹点探测器的输出信号.对原始图像的每个像素逐列校正,即可消除像素信号的线性不一致性,改善图像质量.3.2硬件校正即使X射线分布一致,射线行径路径上的物体完全一样,经过软件校正后的扫描图像还会是不均匀的.因为每个探测器元像素信号的动态范围(空载数据减去零点数据)是不一样的,那么经过衰减后的探测器元的输出就不一样,用软件校正无法消除这些固有的差异.为了获得更好的图像效果,必须进行硬件校正.而且软件校正是在计算机中进行的,需要消耗一定的机时,这对实时显示扫描图像提出更高要求,而硬件校正无需消耗机时.图2是在东影公司E~5030型单能量X射线安检系统设备上进行实验时采用硬件校正的系统框图.EI-5030系统中采用工作电压为140kV的X射线发生器和单能量CsI(T1)晶体探测器.为了使每个探测器元所对应的动态范围一致,在原有的电路基础上增加零点控制和增益控制电路.图像数据图2采用硬件校正的系统框图零点控制采用加法电路,增益控制采用程控增益电路.每个探测器元分别对应一个零点修正值和一个增益修正值,这些修正值存储在FLASH芯片内.由FPGA产生地址信号和控制信号,读取各探测器元相对应的修正值,由增益控制电路,零点控制电路和放大电路对原有探测器输出进行校正.然后进行A/D转化,输出数字信号由FPGA处理后,输出图像数据到计算机.硬件校正的基本步骤; (1)零点修正值的设定在无X射线照射时,先设定探测器零点数据为^,增益为1,然后采集实际的零点数据.假设采集到的第点零点数据为,z,那么第,z点的零点修正f一一lt.(2)增益修正值的设定'先设定探测器增益为1,零点数据为步骤(1)中得到的零点修正值,在没有物体的情况下,射线照射探测器,获得空载数据.假设第,z点的空载数据为In],用A/D芯片的满量程输出数据除以[,z],得到的值就为第,z点的增益修正值.(3)采集数据进行传输在采集像素信号时,根据各探测器元点号从FLASH中读取其相应的零点和满度修正值,实时校正像素信号.像素信号由FPGA处理后,传送给计算机.在X射线安检系统中,要求数据实时采集,而探测器元数目较大,所以设计中分配给每个探测器元的采集时间大约只有7s.对放大电路而言,何时对每个探测器元进行零点和增益修正以及每次校正修正值大小的确定是最难解决的问题,在实践中需要对FPGA输出的控制信号进行反复优化.4校正效果与结论图3,图4和图5都是在EI一5030安检系统设备实验得到的扫描图像.图3是未经任何校正的扫描图像,其中出现严重的水平条纹,导致图像整体偏暗,几乎无法看清射线束照射物体后的成像细节.图4是在图3的基础上采用3.2中式(2),(3)进行软件校正后得到的扫描图像,水平条纹基本被消除,但是图像整体还是不够均匀.图5是采用含硬件校正电路的采集电路获得的数据,并进行软件校正后得到的扫描图像.对比图3,图4和图5不难发现,采用硬件校正辅助软件校正之后,水平条纹基本消失,图像更加清晰均匀.因此在X射线安检系统中,采用上述软件和硬件相结合的校正方法是有效并切实可行的,可以在以后的工程实践中推广使用.薹图3未经任何图4软件校正图5软件和硬件校正的扫之后的扫校正后的扫描图像描图像描图像参考文献:[1]刘恩承.x射线遗槐ICT中能谱硬化的校正研究[J].CT理论与应用研究.1999.1(8);32-35.[2]RJ奥赛夫.棱辐射探测器人门[Ⅳ口.北京t科学出版社.1980.4.[3]安继刚等.钻-60数字辐射成像集装箱检测系统[M].北京t清华大学出版社.2004.4.[43康克军.刘胤兵.陈志强.集装箱检查系统中的阵列探测器校正[J].清华大学.2002.42(5)l573—575.。

三镜头偏振CCD相机响应的非一致性校正

三镜头偏振CCD 相机响应的非一致性校正李娟，易维宁，黄红莲，杜丽丽，秦慧平（中国科学院安徽光学精密机械研究所合肥 230031）摘要：简要介绍了三镜头偏振CCD 相机。

在分析三镜头偏振CCD 相机探测元响应的不均匀性和三个偏振方向响应的非一致性的基础上，介绍了一种基于辐射定标的校正方法，得到非一致性校正系数，提高了成像偏振信息的解析精度。

关键词：三镜头；偏振；CCD 相机；非一致性校正Non-uniform Calibration Method of Three-lens Polarizing CCD CameraLi Juan, Yi Weining ,Huang Honglian,Du Lili,Qin Huiping(Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China)Abstract :This paper introduces the three-lens polarizing CCD camera and the method of calibration for three-lens polarizing camera by analyzing the inhomogeneity of response at CCD sensor array and the inconsistency of response at three directions of polarization. Using the obtained calibration coefficient,the analytic precision of polarization image is enhanced.Key words : three-lens ;polarizing; CCD camera;non-uniform calibration0 引言偏振是光场(电磁场)的矢量特性的表征。

CCD像素响应非均匀的校正方法

316
光学精密工程
5J =0 , 5A 得到 :
T A = ( M M) - 1
第 16 卷
一致 ( 接近输出寄存器的像素路径短 ,远离输出寄存器的像素路径长) ,电荷包移动过程中遗留在路径上的电荷量也不一致 , 以上这些因素都造成
CCD 不同像素输出的信号与实际的辐照度对应
( 7)
M Q ,
T
( 8)
关系不一致 ,因此电荷和辐照度的关系式可表示为公式 ( 3) ,即在公式 ( 2 ) 的基础上增加了由噪声引起的电荷变化σ e。 η Qin =δ A Ee +σ e.
( 3)
σ 从而求得每个像素的参数估计α ^i , ^i 。
4 CCD 像素校正参数的确定
在均匀辐照度 Ee 下 , 对 CCD 所有像素的灰度值进行统计 ,可确定 CCD 像素相应的灰度值的期望 Q 。在不同 Ee 作用下 , 求出相应的灰度值输出期望 , 用最小二乘法 , 可确定辐照度与期望灰度 σ 值的关系参数的估计α q , q , 即确定期望的辐照度和灰度值的对应关系 :
CCD 的校正矩阵。最后 ,对每个像素的实际灰度值进行校正 ,实现了在同一辐照度下 ,各像素灰度响应的一致性。校正
前 ,各像素灰度值的最大偏差为 76. 5 ; 采用该方法校正后 ,像素的灰度值最大偏差只有0. 001 08 。实验结果表明 : 该方法有效地校正了 CCD 像素响应的非均匀性。关键词 :CCD ; 像素响应不均匀 ; 灰度值校正 ; 最小二乘法中图分类号 : TN386. 5 文献标识码 :A
∫
( 1)
其中 , Qin 是像素的电荷量 ,η是光电转换效率 , q 为电子电荷量 , h 为普朗克常数 ,ν为入射光辐照频率 , A 为像素面积 , t 为曝光时间 , Ee 为像素接受的辐照度。

离轴三反时间延迟积分CCD相机内方位元素和畸变的标定

离轴三反时间延迟积分CCD相机内方位元素和畸变的标定吴国栋【摘要】由于测绘相机的关键几何参数内方位元素和畸变的标定精度决定相机的立体测绘精度,本文提出了一种离轴三反时间延迟积分( TDI) CCD相机内方位元素和畸变的标定方法.介绍了离轴三反TDICCD相机的光学系统和像面拼接方法,明确了该相机内方位元素和畸变的含义.建立了标定系统及相应的数学模型,应用最小二乘回归法求得了内方位元素和畸变的表达式.利用提出的方法标定了相机的内方位元素和畸变,并对标定误差进行了分析.结果表明:该方法对主点的标定精度可达1.0 μm(1σ),对主距的标定精度可达2.0 μm(1σ),对畸变的标定精度为2.3 μm(1σ).结果显示提出的标定方法快捷且有效.%The stereo mapping precision of mapping cameras depends on the calibration precision of the geometric parameters, such as inner orientation parameters and distortion, therefore, a new calibration method of inner orientation parameters and distortion for a three-mirror off-axis Time Delay Integration(TDD CCD camera was proposed. The optical system and image plane stitching of the camera were introduced, and the meanings of the inner orientation parameters and distortion were defined. A calibration system and corresponding mathematical model were established, then the expressions of inner orientation parameters and distortion were settled by the least square poly-regress method. A calibration experiment was performed on the camera, and results show that the point calibration accuracy and the focal calibration accuracy are better than 1. 0 μm(1σ) and 2. 0 μm(1σ) , respectively. Moreover, the distortion calibration accuracy has been 2. 3(um(la). Obtained results demonstrate that the calibration method has the advantages in the speed and efficiency for three-mirror off-axis TDICCD cameras.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2012(020)003【总页数】6页(P462-467)【关键词】时间延迟积分CCD相机;离轴三反相机;内方位元素;畸变;标定【作者】吴国栋【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】V447.3;TH7031 引言摄影测量是19世纪在测绘领域发展起来的一个新分支，其主要内容是利用摄影相机获取像的信息来测定空间点的位置。

无人机载偏振CCD相机光机系统设计

ｖｅｈｉｃｌｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＣＣＤｃａｍｅｒａ
ＹＡＮＧＷｅｉ—ｆｅｎｇ，ＨＯＮＧＪｉｎ，ＱＩＡＮＹａｎ—ｌｉ，ＷＡＮＧＹｕａｎ—ｉｕｎ，ＷＡＮＧＬｅ—ｙｉ，ＧＯＮＧＰｉｎｇ，ＷＡＮＧＦｅｎｇ（ＡｎｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ）
近?来国内发earthobservingresearhscanningscanning展起来的偏振遥感仪器如中科院安徽光机所研制的地面偏振ccd相机有人机载三?并?系统以及棱镜分束同轴系统他掳遥感现在已经成为遥感的一个十坌寻詈铭霉甍4l卵腑穴孺成舌堑倍屠厶无人机作为21世纪航空遥感的重要发展平台越来越被世界各国重视将在环境监测灾害预报地球勘探大气测?国防等方面得到应用尤其是在对人身安全有严重威胁的情况下无人机?将发挥其独特的作用
４７０
的，属大像差系统。但由于其光能接收器为ＣＣＤ，所以不能用瑞利判据来评价像质，它的像差容限要超过瑞利判据好几倍。应使用由像差引起的弥散斑大小来评价成像质量。设计时应当使弥散斑直径小于ＣＣＤ探测器一个像元，畸变可允许２％至３％。设计及计算结果如图１所示。
为了满足设计要求，成像物镜采用了双高斯摄影物镜结构，它是一个近似对称的系统，垂轴像差很容易校正，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正，经过光学设计程序ｚｅｍａｘ的优化设计，成像物镜由２组６片球面透镜组成，玻璃的材料都采用了常用的光学玻璃。设计的系统具有准远心光路，系统弥散斑８５％以上的能量集中在一个像元以内，后截距５６．５ｍｍ。
所示，图中黑
图１光学系统设计结果
色方块代表注胶，使每个透镜、隔圈、压圈与镜筒

多光谱图像获取中光照不均匀性的非线性校正算法

校正。
平均响应∑ ／ｎ
Ｄ（１，）Ｉ
校ｌｌｊ臀１像，］，｛．
！映关系ｉ
光通量一ＣＣＤ响应查找表
．＿－Ｊ
基准光通量
参考光通量，
Ｉ剖像刈应像柰：比通
，
Ｌ＿Ｊ校正光通量 △
校准灰卡Ｉ］
校正；苏志诚等通过最小二乘法拟合光强分布曲面，
建立模拟光照强度的多项式方程，从而完成在非均匀光
照条件下的校正。但是，在多光源等复杂照明的条件下，采用以上线性校正或多项式曲面模拟校正并不能满足高精度图像采集要求。本研究针对大场景、复杂照明条件下的多光谱图像数据采集特点，通过对目标原稿表面照度分布进行精细化建模，结合ＣＣＤ光电响应特性，对其不均匀性进行
ｓｉｎｇＣｈｅｂｙｓｈｅｖｐｏｌｙｎｏｉａｍｌｓ，ａｎｄｈｅｔｎｈｅｔｅｒｒｏｒｏｆｃａｍｅｒａｒｅｓｐｏｎｓｅＷａｓｃｏｒｒｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｌａｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｈａｔｔｔｈｅｐｒｏ — ｏｓｐｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｅｆｅｃｉｔｖｅｆｏｒｒｅｄｕｃｉｎｇｈｅｔｉｍｐａｃｔｏｆｎｏｎ— — ｕｎｉｆｏｒｍｉｌｌｕｍｉｎａｉｏｔｎｎｄａｉｓｔｈｅｂｅｓｔａｍｏｎｇｔｈｅｒｅｃｅｎｔｍｅｈｏｔｄｓ．

光电成像——非均匀性校正

2 3
其中M×N为焦平面阵列中探测单元总数。则任一探测器单元(i,j)输出
的平均差值（即校正系数）为
1 2
3
Di , j S i , j (1 ) S (1 )
各探测器单元响应直线
第6讲非均匀校正
光电成像实时处理技术
实时校正
在系统工作过程中，在辐照度下，第(i,j)个探测器单元的输出值 S i , j ( ) 减去该探测器单元的校正系数 Di , j 就得到校正值 S i', j ( )
第6讲非均匀校正
光电成像实时处理技术
算法原理
假定探测器单元的输出信号与接收到辐照度呈线性关系。
选取辐照度 1 作为定标点，对红外焦平面阵列所有探测器单元的输出信号 Si, j (1 ) 求平均得：
1
1 S (1 ) NM
S
i 1 j 1
N
M
i, j
(1 )
S 3 (1 ) S 2 (1 ) S1 (1 )
S SL L
LL H H LL H H
(a) 各探测器单元响应直线
(b) 校正直线
第6讲非均匀校正
光电成像实时处理技术
算法实现
1) 选取两个辐射度定标点 L 和 H ，分别纪录红外焦平面
阵列中所有N×M个探测单元的输出。 2) 对这些所有的输出 Si , j ( L ) 和 Si , j ( H ) 分别作平均，得
焦平面阵列的非均匀表现为各探测器单元之间 g i , j ( ) 和
oi , j ( ) 的差异。
灰度
1
辐照度
2
IRFPA 探测器响应曲线的线性模型
第6讲非均匀校正

光响应非均匀性

光响应非均匀性摘要: 介绍电荷耦合器件CCD，及其在低照度条件下的噪声影响机制，并从图像预处理的角度分析噪声消除的可能性，最后通过现场可编程器件FPGA从硬件上实现低照度条件下CCD图像采集的实时噪声消除预处理。

关键词：低照度图像实时噪声处理电荷耦合器件（CCD）可编程器件（FPGA）八十年代后期，CCD 器件进入实用阶段，得到广泛的应用。

但直接用在低照度下的监测和识别时，信噪比急剧下降。

在军事和天文观测中可采用专用的像增强器，但在普通的应用中，为降低成本一般通过计算机进行图像处理提高信噪比。

本文提供一种折衷的方案，通过分析CCD的特点，采用硬件的方法实现图像增强，为计算机后端减少了大量复杂的运算，为整个系统的实时性创造了条件。

１CCD 的原理CCD 的图像捕捉过程分为三个子过程，即：光电转换和储存，电荷转移，电荷读出。

CCD 器件是有许多光敏像元组成的，每个像元可看成是一个两极加有反向偏压的光敏二极管。

当一个光子入射到光敏二极管的耗尽层时，如果其能量ｈｖ大于半导体的禁带Eg，半导体的价电子将越迁到导带形成光生电子－空穴对。

由于空间电荷区对光生电子是一个低势能的势阱，光生电子将被收集在势阱中，这样就完成了一次光电转换和储存。

六十年代末，贝尔实验室的研究人员发现，电荷通过半导体势阱会发生转移现象。

这样，如果把一系列的光敏二极管排列起来，通过电荷在势阱中的转移，就有可能在一定的时序驱动下读出储存在每个光敏二极管势阱的光电信息。

图1是典型的三相CCD的电荷转移过程。

虽然用同一组CCD光敏二极管就可以完成摄像器件的光电转换和转移，但是，由于复杂的控制光点极不利于提高CCD器件的量子效率。

同时在CCD电荷转移时各个光敏单元还正在进行光电转换，这将使输出信号产生拖影。

所以，实际的CCD器件的光敏单元和转移单元是分开的，通过一定的时序控制可以实现光敏单元向转移单元的整体转移，然后再由转移单元串行地往外部输出。

摄像机镜头非线性畸变校正

y = r cos φ
将(2)式代入(1)式有：
像点的径向畸变在X 和Y方向上的分量
δ xr = k1 x ( x 2 + y 2 ) + Ο [( x , y ) 5 ] δ yr = k1 y ( x 2 + y 2 ) + Ο [( x , y ) 5 ]
高阶分量
摄像机镜头非线性畸变数学模型
图.具有非线性畸变的示意图
影响摄像机镜头非线性畸变的因素
从针孔模型的成像原理和数码摄相机的结构分析，可能产生镜头非线性畸变的因素有如下几方面: CCD的制造误差:数码摄像机获取图像是由CCD板上电荷偶合元件作为像素点来实现的，每个电荷偶合元件的位置精度也就是像素点的位置精度。尤其是能够接受真彩信号的CCD，因为每一像素点的信号是由三个电荷偶合元件分别采集红、绿、蓝的信号组合而成的，不同的颜色也会产生像素点的位置误差。
摄像机镜头非线性畸变数学模型
上述三种类型的非线性畸变都存在于光学镜头拍摄的图像中，摄像机镜头的非线性畸变是这三种畸变的叠加，由此可以建立图像坐标系中的非线性畸变模型：
δx (x, y) = s1(x2 + y2) +2p1xy + p2 y3 +3p2 x2 +k1x(x2 + y2) δy (x, y) = s2(x2 + y2) +2p2 xy + p1x3 +3p1 y2 +k1y(x2 + y2) （1）
Φ像点所在的径向线与Y轴的夹角， φ0最大切向畸变处的径向线与Y轴的夹角
摄像机镜头非线性畸变数学模型
离心畸变在x、y方向的分量与其在径向和切向分量之间的关系如下： δ xd sin φ cos φ δ rd = δ yd cos φ − sin φ δ td 令 p1 = − j1 sin φ0 , p2 =

一种改进的多点融合非均匀校正技术

一种改进的多点融合非均匀校正技术曹伟;董书莉;李春梅【摘要】针对空间宽幅相机在进行非均匀性校正过程中相机镜头与积分球输出口的相对位置发生变换后非均匀性校正精度下降的原因进行了分析,提出了一种改进的融合多点位置的非均匀校正新方法,即为了消除积分球的角均匀性和面均匀性的不足,采用获取多个位置的大量定标图像,融合求取平均值的方法得到校正系数来削弱这种影响,并进行试验验证分析.结果表明,多点融合的校正方法在积分球输出口光强不均匀、又无法固定相机与积分球相对位置的前提下,减少了积分球光强的不均匀性对系数可靠性的影响,相对辐射定标的非均匀校正精度得到大幅提高.【期刊名称】《中国空间科学技术》【年(卷),期】2014(034)003【总页数】6页(P61-66)【关键词】多点融合;非均匀性;校正系数;相对位置;空间相机【作者】曹伟;董书莉;李春梅【作者单位】北京空间机电研究所,北京100094;北京空间机电研究所,北京100094;北京空间机电研究所,北京100094【正文语种】中文1 引言理想情况下，探测器受均匀辐射时，输出幅度完全一致，而实际上，由于制作器件的半导体材料不均匀（杂质浓度、晶体缺陷、内部结构的不均匀性等），及掩膜误差、工艺条件等影响，使得其输出幅度并不相同，这就是所谓响应非均匀性。

实际中，引起相机系统的非均匀性因素是多方面的，主要有光学系统和棱镜材料对透过率的非均匀性，探测单元光谱响应率的非均匀性，读出电路与探测器耦合的非均匀性等[1]。

而相机系统的非均匀性校正算法是将相对不一致性校正系数作用于原始图像，消除这种由于像元的响应不一致引起的条纹效应，将这些条纹的影响降低到最小程度或彻底去除[2]，从而对整个相机系统的非均匀性进行校正。

在非均匀校正方面，针对图像传感器光电响应呈线性或者非线性的特点，国内外已有了较为深入的研究，如一点校正算法、二点校正算法、相邻像元算法等多种校正方法[3-5]，但是对于定标过程中探测器与目标光源之间相对位置的改变而引起的非均匀性现象和问题，目前尚未系统地进行分析和研究。

CCD摄像机的误差及其检测.

CCD摄像机的误差及其检测摘要：在利用面阵CCD摄像机进行摄影测量和检测的系统中，CCD摄像机所产生的误差是系统中的主要误差。

而这种误差又是在图像输入的过程中产生的，它影响系统的测量精度，因而不可忽视。

CCD摄像机的误差一般分光学误差，机械误差与电学误差。

本文讨论这些误差产生的原因。

在摄像机光学镜头与CCD器件质量比较好的情况下，其主要表现是电学误差，本文重点讨论电学误差及其检测。

根据此误差的情况，正确的使用与校正，即可提高系统的测量精度。

关键词：面阵CCD摄像机物镜畸变差行抖动误差边缘检测直线拟合一．概述目前，面阵CCD摄像机多为工业与保安监控用机，而对其成像的几何性能和量测精度都知之甚少。

在利用面阵CCD摄像机进行实时检测的系统中，CCD摄像机所产生的误差是系统中的主要误差。

而这种误差是在图像输入的过程中产生的，它影响系统的测量精度，因而是不可忽视的。

所以很有必要对CCD摄像机所产生的误差进行分析与检校，以便对系统的精度进行评价。

CCD摄像机所产生的误差主要由它的光学成像镜头，CCD器件本身的质量以及图像采集装置（含图像采集卡等）共同产生。

一般分为光学误差、机械误差和电学误差。

光学误差主要是指影响影像几何精度的CCD摄像机的光学镜头所产生的镜头畸变差。

它包括径向畸变差和切向畸变差（镜头的这种误差早在六、七十年代就已作过深入的研究，由于CCD摄像机镜头与普通照相机镜头没什么差别，故其研究结果可以直接引用）。

镜头的这种畸变差在影像上一般表现为中心小而周边较大。

机械误差主要是指CCD器件质量不好，即CCD机械加工安装时造成的CCD面阵的几何误差。

也就是说象元排列不规则而使影像产生的几何误差，它包括象素定位不准，行列不直及相互不垂直等误差。

此外还有CCD不同的象元对相同的光强信号转换得到的灰度值有差异的象元敏感不均匀性误差。

随着现代加工工艺水平的提高，这种误差较其它误差要小的多。

因而一般不予考虑。

电学误差主要是指CCD在光电信号转换，电荷在势阱中的传递以及A/D 转换时所产生的影像几何误差。

几种相机检校方法的研究

几种相机检校方法的研究一:前言由于有着操作方便，数字影像获取速度快，处理直接、简便、有效,可保真的复制、方便检索以及易于进行远距离快速传送，实现实时摄影测量的优点，近年来,数码相机逐步应用于近景摄影测量、低空摄影测量。

由于数码相机主距与像主点位置都是未知的，不能进行传统的内定向和像位的解析计算，为保证其成果满足测量的精度要求，必须进行相机内参数的检校，即求解相机内方位元素(主距与像主点位置)与多种畸变参数.相机的检校，就是通过建立已知物点和像点对应关系模型，计算成像系统的几何及光学参数,获取成像模型的各个参数；一旦建立了像点和物点的一一对应关系,就可以通过二维图像中的像点坐标解算出物点的三维空间坐标。

因此，相机的检校是对航空遥感影像进行几何纠正的第一步工作,检校结果的精度直接影响地理定位的精度.二：相机检校内容恢复每张影像光束的正确位置和形状，即借内方位元素恢复摄影中心与像片之间的相对几何关系，几乎是所有摄影测量处理方法必须经过的一个作业过程，同时,为了正确恢复摄影时的光束形状，也需要知道光学畸变系数.狭义上来说,检查和校正数码相机内方位元素和光学畸变系数的过程称之为相机的检校；广义上的数码相机检校涉及的内容比较广泛，在实际的应用领域中，可根据精度要求和目的不同来选择部分参数进行检校。

一般主要研究以下几个方面的内容：(1）内方位元素即主点位置与主距的测定；（2）光学畸变系数包括径向畸变差和偏心畸变差的测定；（3）像框坐标系的设定;（4)调焦后主距变化的测定与设定；（5）调焦后畸变差变化的测定；(6）偏心常数的测定;（7)成像分辨率的测定；（8）立体摄影机内方位元素与外方位元素的测定；（9）多台摄影机同步精度的测定。

相机检校的目的是为了从二维的影像信息得到三维空间信息，所以需要找到像元与被摄物体表面相应的点之间的数学关系，也就是需要确定决定这种数学关系的参数.这些参数分为两类，一类是相机的内方位元素,即主距f，像主点在像片中心坐标系里的坐标(x0,y0）以及镜头径向畸变参数、离散畸变、薄透镜畸变参数;另一类是相机的外方位元素，即摄影中心在选定坐标系下的三个坐标值（Us，Vs，Ws)以及代表影像空间姿态的三个角元素φ，ω ,κ。

基于椭圆检测的离轴抛物镜定心装调方法

基于椭圆检测的离轴抛物镜定心装调方法朱苗苗;孙斌;杨洪春;孟炳寰;洪津【摘要】针对一种高精度线偏振辐射计的离轴抛物镜定心装调问题,提出了基于椭圆检测的定心装调方法.逆光路使视场光阑在相机焦面成像为光斑,采集视频图像,使用基于最小二乘拟合法的椭圆检测方法得到光斑中心运动轨迹,从而得到离轴抛物镜的光轴倾斜误差.编写装调专用辅助软件用于相机控制和图像的处理、显示,实现定心装调的定量化可视化.技师通过观察软件界面中的光斑中心轨迹的变化,判断装调的方向和力度.经验证,该方法使定心装调误差检测精度不再受限于人眼观察,有效地指导了技师装调,最终装调误差由1.33°降到0.3°,满足装调需求.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】5页(P918-922)【关键词】定心装调;离轴抛物镜;椭圆检测;最小二乘拟合法【作者】朱苗苗;孙斌;杨洪春;孟炳寰;洪津【作者单位】中国科学技术大学,安徽合肥230026;中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031;中国科学技术大学,安徽合肥230026;中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031【正文语种】中文【中图分类】TN205;O439在光学系统的装配过程中，为保证光学零件的共轴性，需要对其进行定心装调。

传统的光学装调方法是技师凭借装调经验，借助简单的工具将镜片依次放入镜筒内，这种方式依赖于机械和镜片的加工精度，需要镜头和镜片有很高的配合度，而且受技师的视觉影响较大，不适合有较高精度要求或机械结构复杂的光学镜头的定心装调。

目前常用的定心装调方法是在定心仪的监视下对镜片的位置进行调整，通过定心仪观察镜片表面的球心像的跳动量，使跳动量最小[1-2]。