空间相机成像配置参数自动测试

    1 引 言

    空间相机是搭载在卫星平台上能够对地球或空间目标进行拍照并传回信息的具有光、机、电、热、控制和信息处理等技术的综合性光机仪器［1］。目前国内外高分辨率相机多为以 TDI CCD 为探测器的光电传输型相机，其优点在于成像系统体积重量小，信噪比高、动态范围大、不需要相机回收就可以得到图像信息等［2-6］。这种以 TDI CCD 为探测器的光电传输型空间相机为了控制成像特性，扩大动态范围以及增大信噪比一般都具有设置调节成像配置参数功能，如可以设置积分级数、行转移时间、增益、偏置等［7-11］。这种灵活的参数调节能力也为空间相机研制调试中的试验和定标工作带来了便利［12］。空间相机的成像配置参数可以通过主控设备以 1 ～2 个 bit 的数字码值配置到相机的成像子系统中，从而控制调整相机成像的特性。这些参数可设置的数值多、范围大，导致检测中的测试用例数量庞大。在相机研制调试过程中怎样检验相机积分级数、行转移时间、增益、偏置的配置功能对于既定的调节参数都能够正常工作是本文要解决的问题。以往的检验方法多是选取有代表性的在轨常用设置码值和边界码值进行抽测。由于成像配置参数的测试用例数量庞大，通过人工输入配置参数观察相机遥测返参的方法验证成像配置参数设置正确性的方法相当耗费时间，而且判读的正确性也容易受人的因素影响。因此对空间相机成像配置参数的测试必须寻求自动化的测试方法。谢明明［13］，胡君［14］等人对空间相机系统的自动测试、判读进行了研究但是缺少对成像参数覆盖性测试的论述。

    在介绍空间相机成像参数的基本组成作用后，给出空间相机成像配置参数自动测试判读系统的实现方法，解决空间相机成像配置参数的测试覆盖性问题，提高了测试判读的效率，最后利用该系统对某空间相机成像配置参数功能进行测试，并与传统测试方法比较分析，实验结果表明: 新的系统成像配置参数测试覆盖率达到 100%，每条用例测试判读时间缩短为 40 ms，测试效率是传统测试方法的 600 倍。

    2 空间相机成像配置参数

    空间相机的成像配置参数如图 1 所示，一般由积分级数、行转移时间、增益、偏置等组成。其中，积分级数和行转移时间两个参数是控制 TDICCD 芯片特性的，而增益和偏置参数是控制图像信号处理器特性的。积分级数的设置可以调节 TDICCD 对某个物点曝光叠加的次数，一般有 96 个级数，可以设置调节的级数根据 TDI CCD 型号的不同略有不同，常见的级数设置模式有 16 级、32级、48 级、64 级、96 级 5 种; 行转移时间也就是行频的倒数，当行转移时间与焦平面上图像由CCD 的一级像元移动到下一级像元的时间相同且方向一致时，就可以使 CCD 的各级对同一图像进行感光成像，最终形成清晰的延迟积分图像，因此需要行转移时间可以根据像移速度进行调整匹配，整是为了在不同的光照下使 CCD 信号仍然能较好的处在模数转换的量程范围内，从而使图像不至于太暗或者饱和，一般用 1 个 bit 宽度来表示增益的码值［15］; 偏置一般可以用两个字节码值表示，这个码值经数模转换器转换成模拟量叠加到 CCD的模拟信号上，从而改变经相关双采样后的 CCD模拟信号的直流分量水平。综合看来通过成像配置参数的设置可以扩大空间相机的动态范围，增大信噪比，提高成像质量［16］。