航空遥感应用中TDI CCD信噪比与电荷转移像移研究

【类型】学位论文

【作者】王德江 

【关键词】 时间延迟积分探测器 信噪比 电荷转移像移 调制传递函数 航空遥感相机

【摘要】CCD（Charge Coupled Device）以其低噪声、大动态范围、高量子效率、宽光谱响应以及高几何稳定性等优点，广泛应用于空间遥感、天文观测、微光夜视等科学研究领域。CCD的时间延迟积分（Time Delay Integration, TDI）工作模式在不牺牲空间分辨率的情况下，显著提高了探测器的响应度，在航空遥感领域是解决相机轻量化的主要途径。提高TDI CCD信噪比，降低行间电荷转移像移是高分辨率遥感成像系统迫切需要解决的两个问题。CCD的主要噪声包含光子散粒噪声，暗电流噪声，光子响应非均匀性噪声，电路读出噪声以及量化噪声等。与面阵CCD不同，TDI CCD的时间延迟积分特性对各种噪声源有着不同的影响。在深入分析了TDI CCD光电转换过程的基础上，将TDI CCD积分级数作为变量引入TDI CCD噪声源模型，建立了TDICCD在不同曝光级数下总体噪声表达式。然后从整机角度分别考虑地面景物反射率、成像系统调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）等因素，给出了TDI CCD航空相机信噪比的表现形式，着重分析了增益调节对信噪比的影响，并进行了实验验证。在航空遥感应用中，由于飞机的前向飞行以及姿态变化，高信噪比并不代表着高的成像质量。本文根据TDI CCD行间电荷的转移方式，利用脉冲传递函数建立了电荷转移的速度模型，并对TDI CCD电荷转移速度与景物像点移动速度进行了比较分析，揭示了TDI CCD电荷转移像移产生的原因，然后以推扫型、摆扫型航空遥感相机为研究对象，对行间电荷转移补偿误差进行了深入的数值分析，最终建立了多相位TDI CCD电荷转移像移的调制传递函数，定量给出了二、三、四相位TDI CCD电荷转移像移引起的空间频率对比度损失，同时本文提出了一种新的TDI CCD电荷方式，使TDI CCD电荷转移像移减为1/2φ像素，其中φ为TDI CCD的电荷转移相位数。

【学位名称】博士

【学位授予单位】中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

【学位授予年度】2016

【导师姓名】张涛

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