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科学级相机在天文领域应用过程中需要解决的几大问题
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时间:2013-06-04 17:05:29

        根据不同的具体应用范围,机器视觉系统中的相机组件分为工业相机与科学级相机两种。工业相机的应用从半导体、电子领域起步,如今涵盖了工业生产、交通监控、产品检测等众多领域,在噪声、分辨率、响应度、传输速度等性能方面有着较高的要求;科学级相机最初是为天文观测而专门研发的,如今应用范围已广及天文、医学、军事、科学实验等众多领域,具有低噪声、宽动态范围、良好线性度与敏感度、高光电转换效率等性能优势。FLI公司自1995年开始,一直致力于生产CCD相机及相关配件,为客户提供了优质的产品及服务。FLI相机作为高品质的制冷、低噪声CCD相机,被广泛地应用于天文学、光谱学及生物学等领域。

         科学级相机由于最初是为天文观测专门研发的,因此其性能特点与天文领域应用较为契合。但是,为了能够更好的满足于天文应用的需求,科学级相机还需要有针对性的解决几大主要问题。

        一是需要最大程度的解决噪声问题。噪声对成像质量的影响显而易见,是高品质成像最大的阻碍,噪声的会直接降低图像的清晰度与准确度。然而,噪声的存在是必然的,只要机器设备运行,就会因运作而产生热噪声,只要电荷发生转移,就会伴随产生读出噪声等等。因此,在天文观测过程中,本身环境影响就较大,要想获取准确细致的天文图像资料,在图像的捕捉过程中就必须要解决噪声的问题。经过实验表明,CCD在低温环境下运作时,其噪声影响会较小,甚至可以忽略不计,这也就是FLI相机作为一款高性能制冷CCD相机可以被应用与天文领域中的主要原因了。

        二是需要解决高传输速度与高分辨率的同步问题。众所周知,如果相机具有高分辨率的话,其所获取的图像中所能包含的数据量就会很大,那么,电荷在传输过程中的速度就会较为迟缓。然而,在天文观测中,例如行星运动、星云移动或是星体的滑落现象等等观测项目都是稍纵即逝的,因此,想要获取有价值的天文资料,就不仅需要高分辨率的图像,还需要高速的传输性能,如何让两者能够齐头并进就成了急需解决的问题。目前,有研究人员认为可以从改变传输介质与方式的方法以及采用图像压缩技术等手段来实现。

        三是需要解决无机械快门情况下的图像拖尾问题。在全帧转移信号电荷时,高亮度的拍摄对象在非积分时间会产生漏光电荷,其与传输的信号电荷容易混合在一起,机械快门就是保证拍摄对象在非积分时间内不受光源持续照射,这样就可以抑制漏光电荷的产生,从而避免拖尾现象的发生。但是,机械快门在高强度的频繁开闭下容易损坏,再加上机械快门的使用寿命限制,这就最终导致天文光电观测系统的维护成本变高,使得很多用户选择将机械快门直接拆除。那么,在无机械快门的情况下,图像拖尾问题的解决就刻不容缓了。目前研究出的对恒星目标拖尾现象的快速去除方法主要是:先用计算图像列方向的统计信息,估计出恒星目标拖尾并去除,然后根据计算图像中各个像素点上方和下方背景的统计信息,估计出全图空间目标拖尾并去除。该方法可以直接在图像预处理前期对全图做流水处理,更方便、更高效,能在一定程度上降低实时信息处理系统的开销,最重要的是能明显改善图像的质量。

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