高帧频CMOS图像传感器具有集成度高、帧频高、功耗低、抗干扰抗辐照能力强等特性，在科学实验中应用广泛。为提高外同步触发瞬态成像模式下的成像性能，首先介绍了基于高帧频CIS(5T像素，超大快门)的瞬态成像系统构成及其工作模式；从像素结构出发，对该款CIS在不同工作模式下的成像性能进行了理论分析；搭建了基于EMVA1288的标准化测试平台，对瞬态工作模式下的多项关键性能指标进行了测试，并与稳态工作模式下的性能进行了对比。分析结果表明：与稳态工作模式相比，瞬态成像模式下图像传感器具有更大的暗本底和固定模式噪声，但传感器的时序噪声、光响应非均匀性优于稳态工作模式，具有更高的信噪比和动态范围，与理论分析基本吻合。测试分析结果可用于指导科学成像系统设计与性能优化。

为了解决像增强器在高重频下的成像应用问题, 建立了像增强器高重频特性成像实验平台, 并开展了ICCD相机双帧成像与曝光时间、双帧延迟时间之间关系的实验研究.实验结果表明ICCD相机第二帧成像问题是由第一帧曝光时像增强器饱和造成的, 增大CCD的AD采样增益可避免灰度值反转现象和“浮雕”效应.本文研究可为像增强器在高重频条件下的成像应用提供理论和实验依据.

针对CCD图像输出时间长影响其帧频率的问题, 提出了一种基于普通CCD实现超高帧频成像的方法.采用掩膜覆盖CCD的光敏区, 建立图像的片上存储空间, 消除CCD电荷转移输出占用过多时间的影响, 可以使普通CCD的帧频达到每秒百万帧频以上.介绍了不同掩膜实现方案的优缺点, 讨论了掩膜图像的恢复方法, 采用条状孔掩膜方式建立了基于普通CCD的每秒百万帧高帧频成像系统样机, 利用氙灯对样机性能进行验证, 获得了14幅79×79像素的氙灯发光过程图像, 样机帧频率达到了每秒200万帧的超高速度.

提出了基于普通CCD的掩模式成像技术来大幅提高CCD的图像获取速度, 实现百万帧/秒的CCD时序驱动方法。介绍了加掩模后CCD的工作过程, 利用掩模把普通CCD的光敏区划分为带有存储区的像素阵列, 实现了普通CCD的片上存储功能。分析了利用普通CCD实现百万帧/秒超高帧频的时序驱动方法, 掩模形状决定了帧速, 帧数和图像的分辨率。对系统的时序结构、电荷转移方式和驱动电路进行了说明, 通过特殊驱动电路和图像处理软件设计实现了百万帧/秒的超高帧频。最后, 对驱动时序进行了仿真和实验验证。采用条状孔阵列掩模, 基于普通CCD图像传感器进行了百万帧/秒工作速度的验证, 获得了14幅79 pixel ×79 pixel的图像, 其帧频达到200×104 frame/s。文章所述技术具有一定的通用性。

研究CCD 受到射线辐照后的电离辐照效应或者损伤机制，对于在辐射场环境下如何正确应用CCD 开展科学研究具有重要的意义。针对面阵CCD 的辐照损伤效应的测试方法的要求，选用ICX285 面阵CCD 作为实验样品，结合辐照板离线和参数测试装置研制了离线式的测试系统，并且针对辐照实验的测试要求，设计了积分时间可调和过扫描设计两种功能，以获取CCD 的暗信号和转移效率的变化。在60Co-γ 射线源上，运用该系统开展了电离辐照效应实验，获得了受到射线辐照后面阵CCD 暗信号的变化规律。

基于激光主动成像的烟雾环境下的目标探测具有重要研究意义,有效抑制光的散射作用是提高烟雾环境下成像质量的关键.根据光的偏振理论,仿真分析了光子单次散射的偏振特性与散射角的变化关系,并利用蒙特卡罗方法模拟了光在烟雾环境中传输的偏振特性,提出了利用偏振差法来抑制光散射作用,最后进行了简单的成像实验.结果表明,光在烟雾中传输时散射光主要由小角度散射光构成,仍然保留了初始激光的部分偏振特性,相比于直接灰度成像,偏振差法能够有效滤除小角度散射光的影响,增强成像目标的细节信息和图像的对比度.

基于激光照明的主动成像技术是将激光技术、成像技术、微弱目标的图像处理技术结合在一起而发展的综合技术.阐述了激光主动成像技术的工作原理,以及在高散射性介质环境中散射介质的散射作用对于成像质量的影响,详细阐述了目前降低散射光影响的主要成像方法,分析了各成像方法的特点及应用领域,展望了高散射性介质环境中激光主动成像技术的发展趋势.

介绍一种高帧频相机垂直拖尾影响的解决方法，该方法同时考虑连续采集模式下帧间图像和像元合并(binning)技术的影响。与常用的静态图像拖尾处理的算法如逆向逐行修正算法相比，该算法非常适用于连续图像拖尾处理，特别是经过Binning后获取的图像。在某自主研制的基于异步时序的40 000 帧/秒高速相机中应用该方法，有效去除了拖尾影响。最后，运用该方法处理的图像验证了算法的有效性。

介绍了一种基于高分辨率超感光度(EXview)CCD的光纤远程传输采集系统的设计方法。该系统利用专用集成芯片实现其时序驱动; 双复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成系统的逻辑控制; 采用带相关双采样的16位高精度模数变换器(ADC)对模拟视频进行数字化, 从而提高系统动态范围。为满足其极端实验环境的应用, 基于TLK1501进行大容量视频数据的远程传输; 利用USB接口实现了计算机终端采集。最后, 实验测试了系统的两个重要的评价参数: 动态范围和系统灵敏度。该系统具有140万像素、16位高精度数字化位数、30 km以上的远程传输能力,其动态范围为1000~1500倍、灵敏度为2.34 ADU/e-左右, 暗电流约为6 e-/pixel·s-1［>32 ℃］。实验显示该系统适用于对分辨率、灵敏度、安全性等要求高的科学研究中。

论述了一种基于1 024 pixel×1 024 pixel电子倍增(EM)CCD图像传感器(CCD201)的数字化相机设计方法。利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)产生CCD逻辑时序及视频同步处理控制时序; 采用集成器件与分立器件相结合的方式实现EMCCD垂直驱动时序, 获得视频信号; 使用带有相关双采样(CDS)功能的16位模数转换器对CCD视频信号进行数字化。介绍了时序控制、驱动电路、视频处理电路等关键组成部分的技术实现方法。实验结果显示, 数字化相机前端能够连续输出16位数字图像数据, 光动态范围大于70 dB, 电子增益采用程控方式, 增益倍数最高能够大于50 dB。该设计方法已成功应用于远程EMCCD图像采集系统中, 设计的系统能够在微光成像及辐射场诊断中应用。