Design of auto-exposure imaging circuit under complex illuminance of Mars in Tianwen-1 high-resolution camera

Jingtao HUANG; Xiaodong WANG; Zhenya SUN; Dali ZHOU; Pengji ZHOU

doi:10.37188/OPE.20223002.0191

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Design of auto-exposure imaging circuit under complex illuminance of Mars in Tianwen-1 high-resolution camera

更新时间：2022-02-19

- Design of auto-exposure imaging circuit under complex illuminance of Mars in Tianwen-1 high-resolution camera
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 2, Pages: 191-198(2022)
- 作者机构：
  
  中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223002.0191
  CLC： TP272
- Received：12 November 2020，
  
  Revised：02 January 2021，
  
  Published：25 January 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
黄敬涛,王晓东,孙振亚等.天问一号高分相机火表复杂照度下自动调光成像电路设计[J].光学精密工程,2022,30(02):191-198.

HUANG Jingtao,WANG Xiaodong,SUN Zhenya,et al.Design of auto-exposure imaging circuit under complex illuminance of Mars in Tianwen-1 high-resolution camera[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(02):191-198.
黄敬涛,王晓东,孙振亚等.天问一号高分相机火表复杂照度下自动调光成像电路设计[J].光学精密工程,2022,30(02):191-198. DOI： 10.37188/OPE.20223002.0191.

HUANG Jingtao,WANG Xiaodong,SUN Zhenya,et al.Design of auto-exposure imaging circuit under complex illuminance of Mars in Tianwen-1 high-resolution camera[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(02):191-198. DOI： 10.37188/OPE.20223002.0191.

摘要

航天相机的成像质量是获取遥感数据的关键，航天相机设计中调光是影响相机的成像质量的重要参数，自动调光是预先获取目标场景的信息，根据信息确定调光参数，避免过度曝光或曝光不足带来的图像信息损失。我国首次火星探测任务天问一号高分相机，针对火表复杂照度，为获取高质量图像数据，提出了基于TDI CCD推扫成像与CMOS凝视成像自动调光成像电路设计，并提出了基于FPGA的自动调光算法。对天问一号高分相机进行自动调光试验，试验结果表明：自动调光后图像的动态传函MTF提升0.013，外场试验中，对实际景物进行自动调光前后对比拍摄，结果表明自动调光成像效果良好，具备较好的场景适应能力，满足火表复杂照度下自动调光成像需求。

Abstract

The imaging quality of a space-borne camera is key to accurately obtain remote-sensing data. Exposure is an important parameter in the design of a space-borne camera， which affects the image quality of the camera. Auto-exposure obtains information from the target scene in advance and uses it as the basis for determining the exposure， which can avoid the loss of image information by overexposure or underexposure. In order to obtain high-quality image data from the high-resolution camera in Tianwen-1 under the complex illuminance of Mars， an auto-exposure imaging circuit， based on TDI CCD push-broom and CMOS staring imaging， and an FPGA-based auto-exposure algorithm is proposed. The auto-exposure experimental results from the high-resolution camera in Tianwen-1 show that the dynamic transfer function MTF of the image after auto-exposure is increased by 0.013. In an outdoor test， a comparison of the actual scene before and after the auto-exposure shows that the effect of auto-exposure is good， with better scene adaptation. The proposed circuit has the ability to meet the requirements of auto-exposure imaging under the complex illumination of Mars.

关键词

Keywords

references

王赤，张贤国，徐欣锋，等 . 中国月球及深空空间环境探测［J］. 深空探测学报， 2019 ， 6 （ 2 ）： 105 - 118 .

WANG C ， ZHANG X G ， XU X F ， et al . The lunar and deep space environment exploration in China ［J］. Journal of Deep Space Exploration ， 2019 ， 6 （ 2 ）： 105 - 118 . （in Chinese）

李帅，徐抒岩，刘栋斌，等 . 高信噪比云与气溶胶探测仪成像系统设计［J］. 红外与激光工程， 2018 ， 47 （ 11 ）： 316 - 323 . doi: 10.3788/irla201847.1111006 http://dx.doi.org/10.3788/irla201847.1111006

LI S ， XU S Y ， LIU D B ， et al . Design of imaging system of cloud and aerosol polarization imager with high signal-to-noise ratio ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2018 ， 47 （ 11 ）： 316 - 323 . （in Chinese） . doi: 10.3788/irla201847.1111006 http://dx.doi.org/10.3788/irla201847.1111006

郑亮亮，金光，曲宏松，等 . 高信噪比星载CCD成像电路系统［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 8 ）： 2027 - 2036 . doi: 10.3788/ope.20162408.2027 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162408.2027

ZHENG L L ， JIN G ， QU H S ， et al . Space-borne CCD imaging circuit system with high signal-to-noise ratio ［J］. Opt。 Precision Eng 。， 2016 ， 24 （ 8 ）： 2027 - 2036 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20162408.2027 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162408.2027

李进，金龙旭，韩双丽，等 . 大视场遥感相机的时间延迟积分电荷耦合器件测试系统［J］. 红外与激光工程， 2012 ， 41 （ 9 ）： 2415 - 2423 . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2012.09.031 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2012.09.031

LI J ， JIN L X ， HAN S L ， et al . Test system for time-delayed integration charge coupled device of remote camera with wide field of view ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2012 ， 41 （ 9 ）： 2415 - 2423 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2012.09.031 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2012.09.031

孙振亚，刘栋斌，方伟，等 . 高密度模块化TDI CCD成像系统设计［J］. 红外与激光工程， 2018 ， 47 （ 6 ）： 164 - 171 . doi: 10.3788/irla201847.0618001 http://dx.doi.org/10.3788/irla201847.0618001

SUN Z Y ， LIU D B ， FANG W ， et al . Design of high density modularity TDI CCD imaging system ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2018 ， 47 （ 6 ）： 164 - 171 . （in Chinese） . doi: 10.3788/irla201847.0618001 http://dx.doi.org/10.3788/irla201847.0618001

张恒，马庆军，王淑荣 . 紫外遥感仪器高速CMOS成像电子学系统［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 2 ）： 471 - 479 . doi: 10.3788/OPE.20182602.0471 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20182602.0471

ZHANG H ， MA Q J ， WANG S R . High speed CMOS imaging electronics system for ultraviolet remote sensing instrument ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 2 ）： 471 - 479 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20182602.0471 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20182602.0471

宁永慧，刘辉，赵庆磊，等 . 大面阵高帧频CMOS成像电子学系统设计［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1167 - 1177 . doi: 10.3788/ope.20192705.1167 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192705.1167

NING Y H ， LIU H ， ZHAO Q L ， et al . High-frame frequency imaging system of large area CMOS image sensor ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1167 - 1177 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20192705.1167 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192705.1167

马天波，郭永飞，李云飞 . 科学级TDICCD相机的行频精度［J］. 光学精密工程， 2010 ， 18 （ 9 ）： 2028 - 2035 . doi: 10.3788/OPE.20101809.2028 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20101809.2028

MA T B ， GUO Y F ， LI Y F . Precision of row frequency of scientific grade TDICCD camera ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2010 ， 18 （ 9 ）： 2028 - 2035 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20101809.2028 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20101809.2028

袁航飞 . 航天相机星上自适应调光研究［D］. 北京：中国科学院， 2016 .

YUAN H F . Research on Automatic Adaptive Exposure for Space-borne Remote Sensing Camera ［D］. Beijing ： Graduate University of the Chinese Academy of Sciences ， 2016 . （in Chinese）

黄辉，周进 . 基于现场可编程门阵列的CCD相机自动调光［J］. 光学精密工程， 2014 ， 22 （ 2 ）： 426 - 433 . doi: 10.3788/ope.20142202.0426 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20142202.0426

HUANG H ， ZHOU J . Auto-exposure for CCD camera based on FPGA ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2014 ， 22 （ 2 ）： 426 - 433 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20142202.0426 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20142202.0426

关澈，王延杰 . CCD相机实时自动调光系统［J］. 光学精密工程， 2008 ， 16 （ 2 ）： 358 - 366 . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2008.02.028 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2008.02.028

GUAN C ， WANG Y J . Real-time auto light control system of CCD camera ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2008 ， 16 （ 2 ）： 358 - 366 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2008.02.028 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2008.02.028

Views

711

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Imaging noise analyzing and suppressing for Tianwen-1 high-resolution camera

Design of image storage and processing system for Tianwen-1 high-resolution camera

Imaging parameter setting and calibration test of Tianwen-1 high-resolution camera

On-orbit real-time calculation method of solar elevation angle of sub-satellite point of Tianwen-1

Research on on-line alignment technology with main optical-mechanical structure of Tianwen-1 high-resolution camera

Related Author

Pengji ZHOU

Xiaodong WANG

Jihong DONG

Xianpeng HAO

Jingtao HUANG

Dong WANG

Fanlu WU

Xingguo SUN

Related Institution

University of Chinese Academy of Sciences

FAW-Volkswagen Automotive Co.Ltd

Key Laboratory of Lunar and Deep Space Exploration， Chinese Academy of Sciences

Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics， Chinese Academy of Sciences

Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰