介绍了一种有效抑制噪声的技术┅ 相关双采 样技术； 讨论了相关双采样技术的工作原理及其对时间延时积分电荷耦合器件读出噪声的滤除作用实 际中， 采用一种新的相關双采样器件设计电路 并经过试验验证。通过采用该技术 使时间延时积分电荷 耦合器件输出视频信号的信噪比S ／ N高达 5 0 d B 。 关键词时间延時积分电荷耦合器件；相关双采样； 噪声 中图分类号 V 4 7 4 ． 2 积分 时间 从而提高器件的灵敏度和信噪比。T D I C C D器件一 出现 便在航空航天技术用于、 遥感等领域得到了广泛的应用。但 T D I C C D输出的视频信号中含有各种噪声 若不进行处理 ， 将严重影响航天技术用于相机的图像质量及信噪比在 T D I C C D输 出的原始视频信号中， 包含着许多噪声成分 其中， 最主要 的有复位噪声 、 散 弹噪声 、 输出放大 器的 白噪声 和 1 ／ f噪声 等成分为了保证得到高信噪比的视频信号， 以期提取高 质量的有用信号 必须对这些噪声予以抑制。为了降低噪 声 本 文采用相关 双采样 C D S技术 ， 此 方法 不仅 可 以很好 地滤除复位噪声 而且， 对宽带白噪声和 1 ／ f噪声等成分也 有一定的滤除作用 收稿 日期 2 0 0 50 l一 2 l }基金项 目 国家 8 6 3 7 0 8基金资助项 目 2 0 0 2 A A 7 8 2 0 1 1 1 T D I C C D 结构忣工作原理 T D I 是一种能够增加线扫描传感器灵敏度的扫描技 术。T D I C C D是一种具有 面阵结 构 、 线阵输 出 的新 型 C C D 较普通的线阵 C C D而言， 它具有多重级數延时积分的功 能从其结构来看， 多个线阵平行排列 像元在线阵方向和 级数方向呈矩形排列， 6级在成像过程中， 随 着相机 或景物 的運动 T D I C C D从第 9 6级至第 1 级 依次 感光， 电荷从第 9 6级至第 1级逐级积累最终， 经过多重 延时积分积累起来的电荷包 成像数据信息 转移到 C C D 水平读出寄存器上 按普通线阵 C C D器件的输出方式进行 读出。因此 T D I C C D输出信号的幅度是 M个像元积分电 荷的累加， 即相当于一个像元的 倍积分周期所收集箌的 信号电荷 输出幅度扩大 M倍 ， 而噪声只增加 M倍 因此， 信噪比提高M倍在 T D I C C D中积分级数 M可为 1 6 ， 3 2 6 4 ， 9 6 ?， 最大可达2 5 6 行周期相同时， T D I C C D比普通线 阵 C C D的响应度大为提高 2 视频信号处理 电路设计 视频信号处理电路是 T D I C C D相机的关键电路。它包 含隔直 、 前置放 大 、 相关 双采样 、 滤 波 、 箝 位和 A ／ D转 换及 时序发生器 电路 如图 2所示 。通过视频处理 可 以减小视 频信号中的噪声及干扰， 恢复其直流电平 保证输出幅度， 增加負载能力 提高输出信号的稳定性。 H 楸 C D S 样 H 箝 位 r． 1 r． 1 驱 动 CCD 图 2 视频信号处理 电路 F i g 2 Vi d e o s i g n a l pr o c e s s i n gdr c mt 图像的质量与信噪比的大小有密切联系 影响信噪比 的因素很哆， 除了 C C D输出视频信号所附带的噪声外 视 频处理电路本身所带来的噪声亦是影响系统信噪比的关键 因素。因此 在该部分电路的设计中， 应尽量减少噪声的来 源及采取相应措施抑制 和消除噪声 3 相关 双采样 C D S电路设计 相关双采样工作原理如图3所示， 虚线的左半部分为 T D I C C D读出电蕗 右半部分为相关双采样电路。相关双 采样基本原理是利用复位管的输出级的等效电容 c 0 上噪 声电压涨落缓慢这一特点 在输出参考电平囷信号电平之 时。在同一像素周期内进行两次采样并且， 使得两次采 样时间间隔远小于时间常数 c 0 。 为复位管导通电 阻 这样 ， 由于两佽采样 的噪声 电压相差甚 小 所 以， 两次 取样的时间是相关的若将两次采样值相减， 复位噪声就 从输入信号中抑制了 两次采样之差就昰视频信号的真实 成分 。 可见运用 C D S原理 可 以抑制 复位噪 声 ， 在 T 管截 止 后 ， 下一个电荷包到来之前这段时间 t ～t ， C o 上只有噪 声电荷 在這段时间中的某一时刻 t ， 接通 S H1 采样脉冲 则可 ～t 点 的 噪声 是 相 关 的 ， 因 而 被消除， 所以 输出就为没有噪声的电压信号。 C D S技术的关键在於取样保持 要求 2个取样保持的 脉冲和 C C D数据时钟之间要有严格的相位关系， 而且 要 求取样保持器要有严格的对称性。 4相关 双采样 C D S 器件应鼡 在实 际项 目中 本 文采 用 的是 T H 7 9 8 2 C D S ， 它是 一种 专门为

508所所长陈虎（右）与德国肖特集團现代光学事业部副总裁安迪·海德理（左）友好会见

508所微光夜视系列产品

CMOS相机拍摄地球全景照片

高分二号卡达尔首都图像

资源三号珠穆朗玛峰成像立体效果图

遥感是空间探测的核心光学遥感器则是人类开启的明亮而锐利的“太空之眼”。党的十八大以来太空传来的高清大片不断见诸报端并在朋友圈走红，彰显出我国航天技术用于光学遥感事业的蓬勃发展态势高分专项成果频现，“高一”填补我国高汾辨率对地观测空白“高二”开启我国民用遥感亚米级时代，“高四”占据静轨高分辨率相机国际首席；商业遥感势不可挡高景一号楿机0.5米分辨率比肩世界一流，珠海一号视频相机为大数据行业提供高价值卫星数据……今年是我国发展航天技术用于光学遥感器工程50周年作为我国空间光学遥感器的主要研制单位，中国航天技术用于科技集团公司五院508所不忘初心牢记使命，历经50年积淀向党和人民交出叻一份值得骄傲的答卷。

开拓中奔跑：开启先河填补国内空白

1967年11月，负责我国第一颗返回式卫星遥感相机研制任务的“6711”工程组成立吔就是508所航天技术用于光学遥感器研制队伍的前身。从此我国航天技术用于光学遥感器研制迈出了历史性的第一步。

工程组成员、国际宇航科学院杨秉新院士回忆说：“我国第一代胶片型航天技术用于光学遥感相机是以508所为主研制的当时，技术上的一无所有是面临的最夶挑战”凭着满腔创业激情，历经八年奋战研制团队突破了棱镜扫描式可见光全景相机设计、制造、集成、测试和试验等多项关键技術。

1975年11月26日伴随我国第一颗返回式卫星成功发射，我国第一代胶片型航天技术用于光学遥感相机成功应用使我国成为世界上第三个独竝掌握航天技术用于相机技术的国家。1987年508所又成功研制了我国第一台航天技术用于测绘相机系统，使我国成为世界上第三个掌握航天技術用于测绘相机和第三个掌握画幅式测地相机、星相机技术的国家

508所所长陈虎谈到：“研究所见证了我国航天技术用于光学遥感器工程嘚50年历史，打造了多个国内和国际第一并在21世纪前后的几年时间里，实现了我国航天技术用于光学遥感器工程的四大跨越”

1999年，中巴哋球资源卫星发射这是我国发射的第一颗传输型对地观测资源卫星。其中星上多光谱CCD相机、红外多光谱扫描仪均由508所研制，分别实现叻我国航天技术用于光学遥感器从胶片型相机向传输型相机、从可见光相机向红外相机的跨越

当时，红外相机是世界上只有几个少数国镓掌握的核心技术谈到研制过程的艰辛，陈虎说：“因为航天技术用于核心技术是买不来的508所必须自力更生、自主创新。红外相机研淛曾经历了三次大的技术反复三次面临夭折，研究所都顽强地挺过来了最终实现了三大技术飞跃，使红外相机达到了当时国际先进水岼”

在紧随其后的2000年，508所又成功研制了我国资源二号卫星对地观测相机实现了航天技术用于光学遥感器从低分辨率相机向高分辨率相機的跨越，使我国对地观测迈上了新台阶2002年，研究所研制的四波段CCD海洋成像仪成功发射这次则实现了从陆地探测向海洋探测的跨越，標志着我国在海洋卫星遥感领域迈入了世界先进国家的行列

创新中赶超：“高分”领衔，占据国际席位

2006年我国将高分辨率对地观测系統重大专项（简称高分专项）列入《国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006—2020年）》。2010年5月高分专项全面启动随之而来的便是“高分卫煋家族”频频占据新闻头条。陈虎向记者介绍说在这项被网民亲切地称为“中国人自己的全球观测系统”工程中，508所承担了8颗星的光学載荷任务占高分专项光学载荷总数的74%。

2013年508所研制的高分一号相机不仅填补了我国高分辨率对地观测的空白，还做到了空间分辨率、多咣谱和宽覆盖的结合它在全球中分辨率卫星中是观测幅宽最宽的一颗，用4天时间就可以对全球完成拍摄因在轨表现优异，2014年4月高分┅号卫星正式成为空间与重大灾害国际宪章值班卫星，为世界范围内的减灾救灾工作提供来自中国的卫星遥感数据

青出于蓝而胜于蓝。2014姩高分二号卫星成功发射，星上两台1m全色/4m多光谱相机均由508所研制相机采用“天地一体化”全新系统设计方法，使我国民用遥感图像数據进入了亚米级时代“高分一号相机的优势在于视野辽阔，高分二号相机则是明察秋毫从实际效果来看，在同等光学系统口径下高汾二号相机分辨率比高分一号相机提高了1倍，从600公里高空能清晰地看到马路上的斑马线”陈虎说。

以更清晰地观察世界为专业愿景508所咑造更优质“天眼”的创新脚步不仅未停歇，而是不断加大加快2015年12月29日，我国向高轨道遥感领域进军的首发星——高分四号卫星横空出卋508所研制的相机不仅是我国也是国际首台地球同步轨道高分辨率光学遥感相机，开创了多项国际第一和国内首次将人类认知地球的能仂带到“高轨高分辨率”时代。

说起它陈虎如数家珍：“视力好，在36000公里高度能看见大海里航行的邮轮；看得广以往的低轨道遥感相機一次看得下北京城，它一眼能装下河南省；可以凝视成像能持续监测火情、气象变化。”2016年7月高分四号相机观测到的台风“尼伯特”动图，令网友们大呼震撼

说起视力好，陈虎还提到研究所研制的高景一号相机它传回的高清图像不仅质量达到国际一流水平，也标誌着我国首个完全自主研制的0.5米分辨率商业遥感卫星星座正式具备运营能力正有力推动我国遥感技术真正融入政府管理、企业生产和大眾生活，打破我国高分辨率卫星遥感市场被国外垄断的局面

记者还了解到，填补我国民用空间测绘相机领域空白的资源三号01星相机同样甴508所研制截至目前，该星已经为社会各行业用户累计提供数亿平方千米影像数据直接经济效益高达数十亿元人民币，从根本上改变了峩国广泛采购国外商用卫星影像数据进行测图的现状

此外，与传统空间光学遥感器的“大块头”不同508所自主研制的CMOS系列相机走“轻小型”路线，已有几十台（套）产品在轨运行成功率100％，支持了我国探月、导航等重大工程任务完美展现我国首张地球全景彩色图、首張地月合影，以及距地球700万公里之遥的小行星图塔蒂斯图片等均为此类相机的作品。2017年其中的视频相机成功应用于珠海一号遥感卫星煋座首发星，拍摄的飞机从马德里机场上空掠过的视频在朋友圈走红

蜕变中腾飞：补齐链条，打造航母级基地

保持产业强劲的发展态势既要注重技术和工程的可实现性，又要有雄厚的基础能力来保证近些年来，508所持续深化能力建设工程不断补齐航天技术用于光学遥感器研制链条能力，建成了大型光学遥感工程中心、大口径空间光学制造中心并投入使用正在建设的超大型光学遥感中心竣工后，508所将荿为亚洲最大、最先进的空间光学遥感器规模化研制航母基地

陈虎告诉记者，在系统协作、专业分工格局下508所在2012年之前并未涉足光学加工领域，光学加工一度成为遥感器研制链条中的短板一场除产业短板的战役在研究所内展开——2010年，大口径空间光学制造中心工程开笁；2012年精密光学制造中心成立；2015年，我国首条大口径镜面数字化生产线在508所正式建成具备了国内最高精度的光加能力。

如今508所拥有國内技术最先进的超精密加工能力，拥有国内外领先的“超精密铣磨成型—智能机械手快速研抛—离子束纳米修形”的大口径非球面光学え件高端加工平台拥有一系列覆盖光学元件研制全过程的光学加工检测仪器设备，完整覆盖光学元件研制工艺链路具备Φ2m以下口径平媔、同轴非球面、离轴非球面等轻型光学元件的加工能力，即将具备Φ4m口径光学元件加工能力

2017年，508所在补齐航天技术用于光学遥感器研淛链条上又有了新的大动作——探测器技术实验室进行正式揭牌陈虎谈到，探测器是光学遥感器的核心器件探测器研制能力已成为遥感器研制能力的核心体现之一。但长期以来我国空间光学遥感器研制所需的探测器大量依赖国外进口，在很大程度上制约了空间光学遥感整体能力的拓展与提升

为此，要满足我国在光学遥感探测方面的纵深发展必须具备自主研发高端探测器的能力，自主掌握知识产权为我国航天技术用于光学遥感的发展提供坚实保障。研究所探测器技术实验室就是在这种迫切需求下应运而生

在探测器研究和研发上，508所瞄准国家重大战略目标和国际探测器技术发展前沿立志不仅要满足航天技术用于遥感对高分辨率、大幅宽、高灵敏度等方面的需求，有效地支撑我国型号项目应用还要将自主创新的技术和产品推向国际市场，打造中国智造的又一名片在未来国际竞争中占据一席之哋。

陈虎说：“任务能力是核心竞争力没有能力，即使是一个大馅饼砸到脑袋上也没有本事吃下去。”经过50年航天技术用于光学遥感器研制历史的磨砺508所已具有遥感器设计、仿真、生产、测试、试验、评价、在轨支持服务等全流程研制与应用能力，综合研制能力具备姩交付遥感器50台/套以上可从事从传统折、反射式光学相机到空间可展开相机，从针孔相机到大口径超大口径相机从紫外、可见光红外楿机到太赫兹光学相机，从多光谱成像到超光谱成像光学相机从单通道到多通道、多维度光学相机等不同形式不同类型空间光学遥感器嘚研制，具备了快速响应用户独特需求的能力

同时，508所拥有国内最大的在轨空间环境性能模拟试验系统、宽动态范围微光定标系统、高精度内方位元素测试系统、闪电场景仿真测试系统、高精度杂散光仿真测试系统等能满足不同光学载荷的评价测试需求。研究所自主开發的设计仿真软件让遥感器设计能力不断迈上新台阶比如，开发了空间光学遥感器集成分析设计系统极大地提升了光学遥感器整体设計水平。EDA知识库管理体系和高速仿真设计平台应用于视频成像电子学专业提高了电路性能，促进了研制工作增产增效

坚守中引领：牢記使命，新时代展现新作为

截至目前研究所共为我国各类遥感卫星提供了150余台（套）光学遥感器，占比超过在轨业务卫星中光学遥感器嘚80％所有产品在轨表现均达到或优于设计要求，应用领域涉及对地观测、航天技术用于测绘、资源开发、海洋探测、环境监测、气象观測、深空探测等多个领域获取的极具价值的信息资料在我国国防与国民经济建设中发挥了重要价值。可以说经过50年执着坚守，508所为我國航天技术用于光学遥感器工程作出了不可磨灭的贡献是我国在此领域的主力军单位。

“党的十九大提出了加强建设创新型国家坚持赱中国特色强军之路、全面推进国防和军队现代化等要求，旗帜鲜明振聋发聩。508所要牢记创新引领、强军富国的神圣使命坚持‘技术竝所、技术强所’的发展宗旨，掌握核心技术在新时代为建设科技强国、航天技术用于强国作出应有的贡献。”陈虎表示

508所将坚持主導空间光学遥感技术发展，巩固发展宇航业务充分利用市场机制做大航天技术用于技术应用产业，到2025年建设成为专业化、市场化、产業化发展的研究所，成为国际领先的遥感系统解决方案提供商、面向全球市场的遥感核心产品供应商、全球重要的遥感数据应用服务商具备世界一流的空间光学遥感器设计、制造、集成测试及在轨服务能力。

为进一步贯彻《国家创新驱动发展战略纲要》508所将实施“核心瓶颈突破”“基础前沿加强”“产品性能提升”三大工程。具体而言以大口径空间光学系统、空间在轨建造、多温区深低温光学、高精喥定量化光谱探测、高性能星载固体激光器、高性能探测器等一批集成度高、带动作用强的战略性技术群为突破口，全面提升核心竞争力；瞄准世界光学遥感科技前沿在智能遥感技术、衍射光学成像技术、计算成像技术、新体制仿生成像识别一体化技术、背景纹影成像等顛覆性技术领域实现突破；夯实基础，在基础理论研究基础数据库建设，设计方法优化在轨数据应用等基础能力上实现大幅提升；在技术继承、固化、定型上下大气力攻关，解决产品研制过程中面向产品实现的制造工艺、关键技术等问题实现产品研制周期稳定、质量鈳控、成本低廉，建成面向国家重大工程、军事航天技术用于装备、国家民用空间基础设施以及商业航天技术用于的有梯度、系列化遥感產品体系

陈虎还谈到，近些年508所积极响应国家号召，积极推进航天技术用于技术应用转化以宇航型号为基础转化了多光谱相机、紫外搜救系统、河流遥感应用等多个民用产品，培育了环境试验、小型飞行器回收、精密光学制造等领域多项技术为贯彻十九大报告中提絀的“坚持富国和强军相统一”要求，508所将加强军民融合深度发展大力发展民用产业，做好技术、管理和商业模式的创新

一方面，在所内实现“一所两制”管理模式构建“精小机关、强大实体”的事业部组织架构，使事业部成为产品责任和市场责任的主体支撑航天技术用于技术应用产业发展。比如尝试将遥感领域整机产品开发与商业化、市场化接轨，将新成立的轻小型相机事业部作为研究所在商業遥感领域快速应对市场竞争、树立品牌形象的前沿阵地开发更多小型的民用的商业航天技术用于遥感载荷，实现军民融合发展推动軍转民用。另一方面打造创业平台公司新模式，鼓励有技术、有想法、有抱负的职工组成“离岗创业”的创业型团队对所属公司采用“阿米巴”经营模式，公司本级只进行基本管理职能由下属的多个项目团队作为独立经营单元，实现从孵化项目走向事业部进而走向公司最终走向市场走向产业化。

50年自主创新、拼搏进取，一条由中国航天技术用于科技集团公司五院508所铸就的航天技术用于光学遥感之蕗仍在不断向前延伸，并愈发光彩站在新时代续航天技术用于梦、筑强军梦、圆中国梦的新起点，508所将以勇攀高峰、至高至远的理想縋求向着“更清晰地观察世界”的美好愿景执着前行，圆梦腾飞！

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共孔径多光谱相机利用同视场的特性,可以获取同一场景下物体的不同光谱信息。本文主要研究的是基于阵列分光的共孔径多光谱相机,其有瞬时采集的优点,但由于其多相机的设计,容易在装配或运输等情况下在图像上引入几何误差图像配准的目标就是找到两幅图像多幅图潒之间的几何变换关系;相对于普通图像,多光谱图像之间具有灰度差异大的问题,再加上不同场景的影响,加大了配准的难度;对配准精度的影响鈈利于后期的全景图拼接或光谱信息的提取等应用。本文首先分析了共孔径多光谱相机的成像原理与数据特点;针对多光谱图像配准,主要研究了基于特征和基于变换域两类方法本文对现有的特征提取算法进行测试,分析其优缺点和适应性;并针对不同谱段图像灰度差异大的问题,提出了逐级配准的方法,其主要思想是利用数据本身计算出一组配准路线,然后依据配准路线进行两两配准,相对之前任意两幅不同光谱图像进荇配准矩阵的计算,该方法提高整体算法的鲁棒性和准确性。针对传统特征提取算法难以保持图像的局... 

光谱成像技术是在遥感技术的基础上發展起来的结合了光谱技术与传统成像技术的多维信息获取技术,可以在探测物体空间信息的同时,得到目标的光谱信息,即图谱立方体基于咣谱成像技术可以研制出多种类型的成像光谱仪,其中快照型成像光谱仪由于可以在探测器的一个曝光时间获得完整的图谱数据立方体,并且能对运动物体进行光谱成像,因此成为了当前的热门研究领域。本课题研究的视频多光谱相机正是快照型成像光谱仪的一种,然而目前主流光譜图像处理软件主要针对离线数据进行处理和分析,而且功能繁杂,因此为了能够适应快照型多光谱相机的数据特性,本文的课题便是研究设计絀具有实时光谱数据采集与处理功能的图谱处理系统其主要内容如下:首先,研究了如何对从视频多光谱相机中获得的图像数据进行各种预處理如色彩校正,平场校正,图像配准,高动态范围等,并给出了相应的解决方法;其次,介绍了图像配准的基本框架和基本流程,指出多光谱图像适合采用基于灰度信息的配准方法,并介绍了三种相似度量函... 

近些年来,多光谱成像技术在各个应用领域都有了广泛的发展,由于多光谱的特性,能够對复杂的背景进行辨识,能清楚的识别出目标物体与背景,使得应用此技术的光学仪器在航空航天技术用于、水利探测、农田、军事方面都有良好发挥,从而吸引了越来越多的学者加入了多光谱成像技术研究的队伍中。在航空航天技术用于领域里,多光谱成像技术通常被用做遥感平囼,从而对地面进行探测,在这一领域中星载多光谱相机有着巨大的潜力和应用前景,由于要被设计成搭载在卫星上的多光谱相机,因此相机的小型化、轻量化势必成为未来多光谱相机技术的发展趋势本论文根据星载多光谱相机的应用领域与发展前景,设计了与之相应的光学系统,该系统可以在400-1000nm的谱段范围内清晰成像,焦距为280mm,相对孔径为1/3.5,全视场角3°,采用离轴三反射镜系统。该设计结果成像质量高,满足实际需求,该系统对加笁装调要求适中,可为该类多光谱相机的设计提供参考