为了解决光学TDICCD成像系统在拼接模式下的像元响应非均匀性问题,研究了TDICCD像元校正的原理和实现方法。提出了视频处理器在不同增益、不同偏置和TDICCD在不同积分时间下进行像元校正的方法,设计了在现场可编程门阵列（FPGA）平台下进行了程序实现和验证的方法。实验数据分析表明：成像系统单片TDICCD的非均匀性由4.72%降低到0.27%,恶劣环境下TDICCD成像系统的图像非均匀性可以降低2.55%。该像元级校正算法简单,可靠性高,能够满足星上成像的要求;在不同的增益、偏置和积分时间下能够很好地解决TDICCD成像系统的像元响应非均匀性问题。

调制传递函数（MTF）是评价CCD相机成像系统质量的重要参数,它能真实地反映相机拍摄时的空间频率与图像对比度的关系。CCD相机的MTF测试中最关键的是靶标的选择,它决定了整个系统的测量精度和操作过程的复杂程度。理想的靶标函数是正弦函数,但制作光出射度随正弦波规律变化的分辨率板是非常困难的,因此利用明暗相间、相互平行的黑白条纹分辨率板来代替正弦波分辨率板,提出了测量MTF的方法。重点对CCD相机在奈奎斯特频率处的MTF测试结果进行了分析与评价。

当使用帧转移型CCD采集图片时，图像拖影是“无法更改的事实”。拖影在图像中一定会存在，因为它是探测器正常运作的结果。拖影污染等级与帧转移时间成正比，在正常情况下，拖影的图像污染的比例较少，通常是微不足道的。但对于高对比度的图像，或当依靠像素密度时的科学和计量应用时，拖影成为一个问题。针对科学级帧转移型CCD拖影问题，提出了修正的方法，利用该方法修正数据得到的图像对比度和图像质量显著提高，图像细节予以呈现。

在基于CCD相机的工业测量中，检测目标的光照强度会变化，现有的CCD相机动态范围一般难以满足要求。要解决由于外部环境光照变化所造成的图像模糊，进而带来的测量误差问题，必须实现对相机曝光时间和增益水平的动态控制。文章建立了一个相机自动控制模型，该模型在外界光照环境变化时，通过不断地调整CCD相机的曝光时间和增益水平，得到清晰的图像，实现可编程控制。

为了实时调整高帧频CCD相机，获得高质量图像，提出了一种基于分档电子快门控制和增益控制相结合的复合控制方法，实现了快速、高精度调光。其算法主要由三部分构成：二次均值灰度权值的累加，基于分段二次函数的自动快门控制和基于数据分析的自动增益控制。采用共享的乒乓缓存策略来保证算法在自行设计的硬件平台得到有效验证并连续显示。实验结果表明，该算法具有良好的图像质量，捕获的视频图像在各种条件下，均具有快速的收敛性和适应性。

针对自适应大气抖动探测的要求,设计了一种高灵敏度、高帧率的CCD制冷相机,并对其特性进行了测试。通过使用带低通滤波器的前置放大器降低了读出噪音,研究了读出噪音与读出速度的关系。相机采用USB2.0界面传输,16bitTADC采样,电路本底噪音为7.2ADU,读出噪音为6.9e-,制冷时暗电流噪音为2.19e-/pixel/s,系统增益为0.38e-/ADU,1×2BIN时传输速率为28.09fps,50行子画面传输速率为128fps。

TDI CCD相机辐射定标的目的是建立输入辐亮度和探测器数字化输出之间的关系,为相机提供调光参数。本文推导了辐射定标的原理,并针对特定的TDI CCD相机在应用光学国家重点实验室里使用积分球对其进行了基于光谱辐照度灯的辐射定标,标定了TID CCD相机响应的线性度、TDI CCD相机响应分别与增益和级数的关系,根据实验结果我们得到了在不同的辐亮度值下的增益和级数参考值,从而确定了TDI CCD相机的调光参数,并给出了标定的误差和各项误差源的影响。

科学级CCD相机是目前微光图像增强及其光电转换的重要器件.本文从图像转换质量的角度,以科学级CCD相机为对象,研究了面阵CCD像元特性不一致性的性质及其校正方法,揭示了这种不一致性是造成图像降质的重要原因,采用本文提出的CCD像元校正方法是获取高质量图像的重要途径.

设计出一种基于棱镜-光栅-棱镜组合分光方式的显微高光谱成像实验系统.系统根据推帚式成像光谱仪的原理进行设计,采用棱镜-光栅-棱镜组合元件在后光学系统进行光谱分光,利用高精度载物台自动装置驱动样品进行推扫成像,选用PCI总线作为数据采集的微机接口.整个系统由显微镜、分光计、面阵CCD相机、载物台自动装置以及数据采集与控制模块等几部分组成.系统的光谱范围从400 nm到800 nm,120个波段,光谱分辨率优于5 nm,空间分辨率大约1 μm.该系统具有直视性、光谱分辨率高、结构紧凑、成本低等优点;不仅能够提供微小物体在可见光范围的单波段显微图像,而且能够获得图像中任一像素的光谱曲线,实现了光谱技术和显微成像技术的结合,成功的将成像光谱技术应用到显微领域,可广泛应用于临床医学、生物学、材料学、微电子学等学科领域.

介绍了大视场CCD（电荷耦合器件）拼接相机的组成和测量原理，分析了物像空间对应的坐标关系，指出了影响大视场光电测量设备精度的原因是相机内方位元素的准确性和光学畸变校正效果。提出了基于像面坐标系在大地坐标系下投影的高精度CCD拼接相机内方位元素的标定方法，该方法建立了CCD拼接相机模型和光学畸变校正模型，使用多元回归分析方法，标定了相机的内方位元素与畸变系数。大量试验结果验证了该标定方法的正确性，该方法对其他光电测量设备具有参考价值。