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空间高灵敏度大动态范围微光成像技术研究

【摘要】:微光遥感技术可在低照度条件下获取目标可见近红外波段的特性,提供具有白天分辨率的夜间微光图像,打开了大量新的跨学科研究课题的大门。随着微光成像数据应用范围的拓展和应用领域的细分,高分辨率与大动态范围微光图像的需求越来越强烈,因此,对微光成像系统的性能提出了更高的要求,其中低噪声高灵敏度微光探测技术成为系统性能进一步提升所依赖的关键技术。sCMOS图像传感器在微光探测方面具有众多的优势,本课题以sCMOS图像传感器为基础,对低噪声探测技术、系统灵敏度提升与评估技术及数字域TDI微光成像技术展开了深入的研究。主要的研究内容及创新点包括:1)分析了sCMOS图像传感器微光成像系统的噪声特性,建立了相应的噪声模型,深入分析了系统带宽对信噪比的影响,仿真计算了最佳系统带宽;另外,研究了基于sCMOS图像传感器微光成像系统随机行条纹噪声的特点,分析了其产生的机理,结合探测器信号读出特点,提出空间域自适应随机行条纹噪声校正方法,取得了良好的校正效果;2)推导了成像系统逐像元转换增益计算方法,对计算过程引入的误差进行分析;在理论分析的基础上,采用单样本点和多样本点实测了每个像元的转换增益,结果表明多样本点结合最小二乘法能够提升像元转换增益的估计精度。对系统噪声特性进行了测试与分析,建立了系统信噪比模型,结合仿真与测试结果,研究了提升系统信噪比的方法。通过理论分析,说明在光学系统口径受限的情况下,实现信噪比的提升需要采用数字域TDI成像模式延长空间微光成像系统的积分时间。此外,针对夜天光条件下系统信噪比较难评估的问题,提出基于微光积分球绝对辐射定标完成系统信噪比计算的方法,该方法能够准确客观的评估微光成像系统在夜天光条件下的系统信噪比性能;3)分析了数字域TDI成像模式对图像传感器的需求,给出了适合工程应用的数字域TDI数据处理方法;测试并分析了数字域TDI微光成像系统的信号与噪声特性,研究了数字域TDI成像模式实现大动态范围空间微光成像的方法;对TDI成像模式导致系统成像质量退化的动态MTF参数进行分析,研究了MTF与积分级数和速度适配误差的关系,为数字域TDI成像系统设计与参数优化提供了依据;4)按照低噪声高灵敏微光探测理论及数字域TDI成像模式的工作方法,搭建了一套基于sCMOS图像传感器的微光成像系统,对系统噪声性能进行了测试,完成了微光成像实验及模拟推扫数字域TDI微光成像实验,成像实验结果表明,微光成像系统能够获取质量良好的微光图像,数字域TDI成像方法能够明显提高微光图像信噪比与动态范围,图像信噪比由未积分的5.04dB提高到积分级数为30的19.78dB,系统动态范围比传统方法提升了29.54dB。本课题基于sCMOS图像传感器研究了低噪声高灵敏成像技术,通过理论分析与实验验证,说明全局快门sCMOS图像传感器数字域TDI微光成像技术能满足高灵敏度大动态范围空间微光成像的需求,为设计与实现空间微光成像系统提供了新思路。论文最后对课题的进一步深入研究提出了几点建议。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP212;P237

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【参考文献】
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1 胡晓华;刘松涛;潘振东;石立坚;;星载微光探测仪器的发展及其数据应用[J];中国光学;2015年03期
2 王书朋;高腾;;基于双边滤波器的红外图像条纹噪声消除算法[J];红外技术;2014年09期
3 李林;姚素英;徐江涛;何春良;;TDI-CMOS图像传感器多次采样叠加调制传输函数模型研究[J];光学学报;2014年02期
4 田金生;;微光像传感器技术的最新进展[J];红外技术;2013年09期
5 陶淑苹;金光;曲宏松;张贵祥;;采用卷帘数字域TDI技术的CMOS成像系统设计[J];红外与激光工程;2012年09期
6 郎均慰;王跃明;王建宇;;高灵敏度APS CMOS图像传感器光谱探测技术研究[J];光学学报;2012年07期
7 陶淑苹;金光;曲宏松;贺小军;杨秀彬;;实现空间高分辨成像的数字域时间延迟积分CMOS相机设计及分析[J];光学学报;2012年04期
8 曲宏松;张叶;金光;;基于数字域TDI算法改进面阵CMOS图像传感器功能[J];光学精密工程;2010年08期
9 陈晋,卓莉,史培军,一之濑俊明;基于DMSP/OLS数据的中国城市化过程研究——反映区域城市化水平的灯光指数的构建[J];遥感学报;2003年03期
【共引文献】
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1 王广文;刘朝辉;张进磊;刘美德;张勇;佟颖;曾晓芃;周小洁;李秋红;钱坤;;房山区水灾区域蚊与鼠密度的空间分布特征[J];寄生虫与医学昆虫学报;2017年03期
2 黄鸿健;王芳;解学通;;基于灯光遥感数据的广东省城市化进程研究[J];广东土地科学;2015年06期
3 王钊;杨山;刘帅宾;;基于DMSP/OLS数据的江苏省城镇人口空间分异研究[J];长江流域资源与环境;2015年12期
4 毛敏娟;杨续超;;霾与城市化发展的关系[J];环境科学研究;2015年12期
5 王春杨;吴国誉;张超;;基于DMSP/OLS夜间灯光数据的成渝城市群空间结构研究[J];城市发展研究;2015年11期
6 金伟其;陶禹;石峰;李本强;;微光视频器件及其技术的进展[J];红外与激光工程;2015年11期
7 马明娟;王黎明;董南;;基于Globcover和DMSP/OLS数据的中国大陆城市潜能分析[J];地球信息科学学报;2015年11期
8 吴昕;韦成杰;;探讨光通讯环境下限幅器及场强指示电路构建思路[J];激光杂志;2015年10期
9 杨洋;马学广;王晨;;基于夜间灯光数据的中国土地城镇化水平时空动态[J];人文地理;2015年05期
10 朱康文;李月臣;刘春霞;周梦甜;王超;黄晶晶;史红敏;;基于DMSP/OLS夜间灯光数据的县域建成区的提取方法研究——以重庆市为例[J];重庆师范大学学报(自然科学版);2015年06期
【二级参考文献】
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1 王宇庆;王索建;;红外与可见光融合图像的质量评价[J];中国光学;2014年03期
2 胡晓华;周晓中;刘松涛;张春华;杨楠;;星载微光立体成像技术及实现[J];中国光学;2013年05期
3 张学峰;陈宝国;樊养余;王巍;;基于场景的红外非均匀性校正算法对比研究[J];红外技术;2013年09期
4 姚立斌;;低照度CMOS图像传感器技术[J];红外技术;2013年03期
5 袁高斌;李斌桥;徐江涛;聂凯明;;时间延迟积分型面阵CMOS图像传感器MTF速度失配模型研究[J];光学学报;2013年01期
6 李晓峰;瞿利平;黄建民;张云昆;;超二代像增强器多碱阴极电子逸出机理研究[J];红外技术;2012年12期
7 周小珂;严卫;白衡;马烁;韩丁;;基于DMSP/OLS数据的夜间低云大雾监测技术研究[J];遥感信息;2012年06期
8 杨秀彬;姜丽;金光;;数字域时间延迟积分时间CMOS相机高分“凝视”成像设计分析[J];光学学报;2012年09期
9 隋修宝;陈钱;顾国华;;红外图像条纹噪声消除方法(英文)[J];红外与毫米波学报;2012年02期
10 陶淑苹;金光;曲宏松;贺小军;杨秀彬;;实现空间高分辨成像的数字域时间延迟积分CMOS相机设计及分析[J];光学学报;2012年04期
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3 郭晓维;微光成像研究与应用中的几个问题[J];大连理工大学学报;1997年S2期
4 艾克聪;微光成像系统的国值探测理论和视距探测方程的研究(续)[J];应用光学;1994年06期
5 艾克聪;微光成像系统的阈值探测理论和视距探测方程的研究(续)[J];应用光学;1994年05期
6 李升才,金伟其,张长泉;微光成像系统三维噪声测量及其分析[J];北京理工大学学报;2005年05期
7 艾克聪;微光成像系统的阈值探测理论和视距探测方程的研究[J];应用光学;1994年04期
8 刘磊,常本康;微光成像系统视距理论公式的修正[J];光学学报;2003年06期
9 肖龙;徐超;刘广荣;;应用于可穿戴微光成像系统的嵌入式平台设计[J];红外与激光工程;2016年01期
10 刘艳;李卿;熊英;;基于能量传递链的水下微光成像系统性能评价[J];弹箭与制导学报;2010年05期
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1 谢剑锋;王英瑞;;微光CCD成像器件性能比较研究[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(E 光电子器件技术专题)[C];2006年
2 张闻文;钱月红;陈钱;顾国华;;基于泊松分布的EMCCD噪声因子模型及测试方法研究[A];黑龙江、江苏、山东、河南、江西 五省光学(激光)联合学术‘13年会论文(摘要)集[C];2013年
3 尹丽菊;陈钱;顾国华;;光子计数图像的多帧累加处理技术[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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1 李国恩 贾金升 刘辉 张兵强;微光成像 探测用光纤元件的开拓与创新[N];中国建材报;2014年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 张元涛;空间高灵敏度大动态范围微光成像技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所);2018年
2 刘宇;微光成像探测优化理论与高性能系统技术研究[D];南京理工大学;2009年
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6 张青文;强光作用ICCD和EMCCD微光成像系统建模与仿真[D];西安电子科技大学;2014年
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