为保证航天遥感相机互补金属氧化物半导体 (CMOS)图像传感器非均匀性校正的实时性,降低图像的光响应非均匀度(PRNU),根据COMS图像传感器的结构特点,提出了一种基于自适应移动窗口的COMS图像非均匀性校正方法。首先,从工程应用角度出发,采用可移动变步长窗口对图像进行分块,使同一窗口内的多列像元共用一组校正参数。然后,针对现有方法中线性拟合校正精度不足的问题,基于COMS传感器的非线性响应特性用最小二乘法对响应曲线进行二阶拟合。实验结果表明,本方法既能提升COMS图像的质量,又能减少硬件系统的校正参数量。用本方法校正后的图像PRNU小于1%,相比线性拟合校正,本方法的校正参数量减少了23.7%。

为解决现有电子式像移补偿在扫描方向上补偿范围有限的问题,提出一种适用于沿扫描方向广域像移大小变化的数字时间延迟积分(TDI)方法。首先基于像移计算结果判断像移大小是否在电子行频可补偿的范围内,当在不可补偿范围时,基于利用图像插值和配准像素对位累加来调整像移失配量的思想,构建任意像移大小的数字TDI算法模型,并对所提算法进行实验验证。实验结果表明:当96级积分的总像移量远小于像元尺寸时,所提算法与逐行累加的传统TDI方法成像结果相当;当96级积分的总像移量大于像元尺寸时,总像移量超出电子式像移可补偿范围,传统TDI方法扫描图像发生严重混叠,成像质量急剧下降,而所提算法获取图像的像移传递函数和互相关性测度均提高0.11,可有效保持成像质量。

空间遥感相机在发射过程中及其在轨运行时, 由于大气压力、温度、力学环境等的变化, 导致焦面离焦。为了满足成像质量要求, 相机在空间投入使用之前必须对偏离的焦面进行校正。针对轻小型空间相机的使用特性及要求, 设计了一套调焦范围±3 mm的像面移动式调焦机构, 质量仅为3.25 kg。利用蜗杆传动的自锁性, 防止焦面组件在外力作用下发生窜动。选用微型精密级直线滚动导轨保证CMOS靶面的直线性精度。同时利用光电编码器(16位)实时反馈靶面的位置信息, 以保证其定位精度。对调焦机构进行了理论分析、动力学分析及试验验证、精度测试及分析、焦面标定试验等。试验结果表明: 调焦机构的一阶固有频率为182.7 Hz, 可以有效地避免共振现象; CMOS靶面的直线性精度优于20″, 定位精度优于±4.2 μm, 满足调焦精度要求; 焦面标定试验验证了调焦机构设计的有效性, 满足了空间遥感相机的成像质量要求。

为了实现遥感图像超分辨目的, 提出数字域斜模态时间延迟积分(Digital Domain Tilting Model Time Delayed and Integration, DT-TDI)技术。对技术过程所涉及的数字域TDI技术、倾斜采样成像理论、数字域斜模态TDI技术等分别进行分析与研究。首先, 构建通用的数字域TDI模型。之后, 利用倾斜采样成像思想, 构建适用于不同倾斜角度下的DT-TDI模型。然后, 以45°倾角对模型进行实验验证, 获取该角度一定姿轨条件下的序列低分辨率图像。最后, 通过超分辨算法对具有亚像素位移的低分辨率图像序列进行超分辨重构, 获取高分辨率图像。实验结果表明, DT-TDI技术可在不同倾斜模态下进行稳定成像, 45°倾角时获取的低分辨率图像亚像素位移误差约15%, 基本满足超分辨重构需求。重构后图像分辨率明显提升。

小型化相机是支持低成本微型飞行器或微小卫星对地观测等多项应用的关键设备,由此提出了一种高分辨率大面阵的小型化成像系统.首先预估了该成像系统用于目标观测的像元分辨率和幅宽.然后阐述了该系统的电子学方案,对其中的关键芯片OV14825的工作原理进行了介绍,并分析了基于FPGA的串行差分数据接收转发的软件设计.最后基于设计的相机样机开展了成像实验,在13 m成像距离条件下获取图像分辨率优于0.5 mm,而且图像细节丰富,层次分明,证明该方案切实可行.高分辨率大面阵微型相机具有很好的应用价值.

为了消除散斑现象,对随机漫射体抑制散斑的可行性进行了探讨.分析了“随机微透镜阵列”作为随机漫射体在光束控制和光能利用率方面的优越性,并提出了在光学系统中加入转动“随机微透镜阵列”的方式抑制散斑.对加入这种结构后屏幕上的散斑进行了测量,验证了此种方法可以将散斑对比度降低到115%,使人眼分辨不出激光散斑,提升了激光电视的观看效果,并与传统的转动匀光棒法进行对比,体现了此种方法出色的抑制散斑的能力.

数字域时间延迟积分(TDI)互补金属氧化物半导体(CMOS)成像以其成本低、功耗小、操作灵活等优势，近几年逐渐引起研究关注。然而CMOS传感器的卷帘快门存在运动失真，为了深入研究其对数字域TDI的影响，结合卷帘快门工作原理，建立了卷帘快门效应对数字域TDI引起的像移及调制传递函数(MTF)下降的数学模型。并结合推导模型开展了预估分析和验证实验。结果表明：卷帘快门效应会对数字域TDI算法带来较大的影响；读出时间越长像移量越大、MTF 下降越严重；另外行周期越短影响也越严重，其中行周期从200 us变为100 us时，对应的数字域TDI图像MTF从0.6144下降为0.4807。

使用多次曝光法进行高动态范围视频获取时，需要将多幅低动态范围(LDR)图像进行快速融合，并满足视频融合系统的实时性要求。本文提出了一种改进的快速多分辨率塔形分解融合算法，在不降低原有算法融合质量的前提下极大减少计算量。算法分别从金字塔分解卷积核、高斯系数扩展插值方法、拉普拉斯系数融合规则、高斯系数融合规则等方面进行改进，简化了塔形分解、融合和重构过程。该方法应用在某运载火箭视频采集系统中，实验结果表明，该改进算法稳定性强，融合质量高，并极大地减少了计算量，运算速度提高了10倍以上，在TMS320DM642 DSP上一帧512×512图像的融合时间约为89 ms，满足25 fps高动态范围视频融合的实时性要求。

利用60吋全固态激光电视样机, 建立了原有的电视色度信号向激光电视色度信号转换的模型。根据激光显示的特点, 推导出以三色激光( 红: 660 nm, 绿: 532 nm,蓝: 457 nm)为三基色的激光电视颜色系统与荧光粉电视三基颜色系统的矩阵转换关系。利用解码模块、现场可编程门阵列(FPGA)色域转换模块和编码模块搭建了激光三基色系统和普通电视三基色系统的色域转换电路, 分析了电路中各个模块的作用及整个电路的工作过程, 实现了对高清视频信号的色域转换。对比了不同颜色在转换后的激光电视上与荧光粉电视上的显示效果, 对11个特征颜色的测量显示, 其色域转换误差小于9.8%。实验取得了很好的色域转换效果, 成功地验证了高清激光电视的色彩复现能力。