基于EBCCD的微光成像仿真

第２２卷第８期２００９年８月

传感技术学报

ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＥＮＳＯＲＳＡＮＤＡＣＴＵＡＴＯＲＳ

Ｖ０１．２２Ｎｏ．８

Ａｕｇ．２００９

ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＬｏｗ‘－Ｌｉｇｈｔ??ＬｅｖｅｌＩｍａｇｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＥＢＣＣＤ

ＺＨＡＮＧＪｉｎｌｉｎ‘，ＷＡＮＷｅｉ，ＲＵＩＴｉｎｇ。ＷＡＮＧＨａｉｆｅｎｇ

（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐ，ＰＬＡＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｌｏｗ－ｌｉｇｈｔ—ｌｅｖｅｌ（ＬＬＬ）ｉｍａｇｉｎｇｈａｓｂｅｉｎｇｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｏｍａｉｎｓ，ｓｕｃｈａｓｈｏｍｉｎｇ，ｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇ，ｆｉｒｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ，ｅｔｃ．ＴｈｅｉｍａｇｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒＬＬＬｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄＯｉｌＥＢＣＣＤｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．Ｓｏｍｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｒｅｅｓ—ｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＡｎｉｍａｇｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｉｎｖｏｌｖｉｎｇＥＢＣＣＤｓｙｎｔｈｅｔｉｃ

ｒｅｓｐｏｎｓｅ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｓｄｅｒｉｖｅｄ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅｉＳｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＬＬｉｍａｇｉｎｇ；ｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＥＢＣＣＤ；ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ＥＥＡＣＣ：６１４０Ｃ

基于ＥＢＣＣＤ的微光成像仿真

张金林’，万蔚，芮挺，王海峰

（解放军理工大学工程兵学院全军工程兵模拟训练研究中心，南京２１０００７）

摘要：微光成像仿真在制导、预警、火控、侦察等许多应用领域都有着广泛的应用。本文研究了基于电子轰击型ＣＣＤ（ＥＢ－ＣＣＤ）传感器的微光成像系统的结构和原理，建立了系统的成像亮度模型、调制传递（ＭＴＦ）函数模型、噪声模型，导出了包含系统综合特性的图像仿真方程。仿真实验结果说明了该方法的有效性。

关键词：微光成像；ＥｔＫＸ３Ｄ成像系统；建模与仿真

中图分类号：ＴＮ２２３文献标识码：Ａ文章编号：１００４－１６９９（２００９）０８—１１４２－０４

微光条件下的图像生成技术在巡航导弹制导、虚拟战场环境仿真和景象匹配算法评价等方面都有重要的理论意义和应用价值［１屯］。近十年来，基于电荷耦合器件（ＣＣＤ）的微光成像系统取得了长足的发展。通过光学或光学纤维面板耦合的方法，将像增强器与标准ＣＣＤ芯片连接成的像增强器型电荷耦合器件（ＩＣＣＤ）在弱光下具有很好的性能。随着ＣＣＤ技术的不断发展，出现了背照明ＣＣＤ（ＢＣＣＤ）和电子轰击型电荷耦合器件（ＥＢＣＣＤ）。

ＥＢＣＣＤ是将像管的荧光屏用对电子灵敏的背照明、减薄ＣＣＤ代替，将电子图像直接转变为视频信号，其在所有光照等级下，特别是在极低微光下的调制传递函数（ＭＴＦ）、分辨力、信噪比、余辉等均优于像增强器耦合ＣＣＤ（ＩＣＣＤ），所以这种减薄的电子轰击ＣＣＤ探测系统（ＥＢＣＣＤ）在微光下的性能大大超过了像增强器耦合的ＣＣＤ探测系统（ＩＣＣＤ）。ＥＢＣＣＤ能在微光条件下产生高对比度、高分辨力

收稿１５ｔ期：２００９－０３－２０修改日期：２００９—０５—０６的视频信号。可以预料，它将在工业应用、军事应用及科学研究工作中取代常用的ＩＣＣＤ。

本文研究了基于ＥＢＣＣＤ的微光成像系统的工作原理，通过对系统的建模，研究微光夜视条件下成像过程的虚拟仿真。主要步骤是设计综合系统亮度特性、ＭＴＦ和噪声特性的成像模型，对Ｉ：ｔ拍图像进行微光模拟仿真，生成微光图像，并对仿真效果进行了评价。实验结果证明了方法的有效性。

１系统工作原理简介

系统的构成［３］如图１所示。整个微光成像系统由电子光学系统（锐聚焦）、中间的ＥＢＣＣＤ传感器以及电源、控制电路和驱动电路组合而成，最后连接图像采集处理装置和外部显示设备。

整个成像系统的工作原理是：地面目标反射的微弱光线通过电子光学系统成像在像增强器的光电阴极面上，产生光电子图像，光电子聚焦到近贴聚焦

万方数据