強光對可見光CCD攝像系統成像過程的干擾研究

于晨曦

（中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所，洛陽 471003）

CCD成像系統是制導武器中關鍵性的部分，其功耗小、分辨率高、抗震性能良好，并且便于和計算機連接，成為了制導武器中電視導引頭的第一選擇。CCD成像系統在制導武器中的應用，使得制導武器的性能得到一定的提升，因此，大部分國家也開始研究相關的干擾技術，其中可調強光，如激光在干擾制導武器方面體現出了極大的優勢，對于CCD攝像系統的成像質量會產生明顯影響。但是采用激光進行干擾的方式具有一定的局限性，為了應對更加復雜的環境，研究多種干擾CCD攝像系統成像質量極有必要。

1 CCD攝像系統的工作原理

CCD成像系統是制導武器中的光電探測系統，其首先獲取到目標物的圖像信息，然后轉化為控制信號，從而指引武器向目標飛行。其利用所采集到的圖像信息對目標進行跟蹤定位，精確度相對較高，同時也具有一定的隱蔽性。CCD攝像系統由光學系統、CCD圖像傳感器、信號處理系統、結構系統以及計算機組成，光學系統主要是獲取目標物的圖像信息；圖像傳感器收集光信號，而信號處理系統通過對于圖像信息進行處理，完成對目標物的識別、定位、跟蹤，并向計算機傳輸信息，最后由計算機生成相應的圖像信息，一般來說，信號量化等級高，處理越充分，所生成的圖像分辨率也更高，細節表現更清楚。

2 光照條件對攝像系統增益產生的影響

當目標以及背景的光照條件發生較大的變化時，CCD攝像系統獲取到的圖像信息很容易出現欠飽和或者過飽和的情況，因此，就需要CCD攝像系統的自增益機制根據已獲取圖像信息的各項參數和既定的參數進行對比，對圖像信息進行相應的調整，從而使圖像質量符合要求，具體的流程如下圖所示：

圖1 CCD攝像系統自增益機制控制圖

當光照面積相對較大時，CCD攝像系統的自增益效果逐步增加，當光照面積相對較大時，剛開始自增益效果隨著光強比增大而降低，但是在到達一定程度時就開始保持不變，這主要是由于當光照面積較小時，被照射部分對于灰度值的影響較低，當達到飽和狀態時整個視長灰度情況開始趨于穩定，因此，自增益效果的變化也開始趨于穩定。CCD攝像系統這種自增益機制在自然環境條件下，對于光照的變化可以有效的適應，這主要是由于自然光照變化短時間內的變化不大，并且變化有規律可循，所以效果比較明顯，但是當受到人為干擾的情況，自適應機制難以適應，會對成像質量產生影響。

3 局部強光對于CCD攝像系統成像過程的影響

采用照度計標定過的130klx的光照強度，7klx的自然光照強度，選用SNOYDSC—F828CCD攝像機（具有自適應功能），通過進行實驗發現，在未實施光照之前，目標的圖像信息相對清晰，灰度比較均勻的分布在0～255整個灰度范圍，檢測到的邊界清晰可見。照射面積占整個視場或大部分視場時，由于光照很強，圖像達到飽和，灰度分布在255附近，基本上檢測不到目標邊界，圖像細節消失；照射面積只占部分視場或少部分視場時，由于光照很強，照射部分達到飽和，再加上AGC調整增益減小，未光照部分整體變暗。在不同光照條件下，各因子之間的對比結果如下表所示。從表中可以看出，在局部光照條件下，亮度、對比度這兩項因子要明顯優于全局光照，但是在整體結構上略遜于全局光照，并且SSIM值明顯低于全局光照，這就表明，其對于CCD攝像系統的成像質量會產生較大的影響。

表1 局部和全局光照條件下各因子對比表

4 時序控制下的光照對于CCD攝像系統成像過程的影響

通過適當的調整強光出光時序，使AGC的延時和出光頻率之間相匹配，在這樣的條件下，AGC會根據光照下的圖像情況適當的調整參數，當AGC開始發揮作用時，將強光照撤下，或者是換成較弱的光照，這樣所獲得的圖像整體上比較暗，圖像的細節部分無法有效的體現出來。而當AGC在此根據光照條件調整增益效果時，此時的光照條件變成了強光，這樣所獲得的圖像又過分飽和，導致圖像細節部分的效果仍然不理想。從整體上的效果來看，所獲取的圖像隨時間的變化出現明暗相互交替的情況，成像質量受到了明顯的影響。這主要是由于當光照條件的變化周期較大時，CCD攝像系統的自增益機制所需要的恢復時間相應變長，導致成像質量受到影響，圖像細節部分分辨率過低。

5 結束語

本文主要研究了強光對可見光CCD攝像系統成像過程的干擾和影響，在研究中發現，強光不僅會明顯影響CCD攝像系統的成像質量，同時對于其自增益機制也會產生一定的影響。通過對局部光照條件與全局光照條件下的各因子進行對比，以及對按照一定的出光時序來控制光照條件，CDD攝像系統所受到的影響的研究發現：強光的照射所引起的光照條件變化會導致成像質量受到極大的影響，這會導致CCD攝像系統在對目標物進行識別以及跟蹤方面會造成極大的干擾。