强光对可见光CCD摄像系统成像过程的干扰研究

于晨曦

（中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，洛阳 471003）

CCD成像系统是制导武器中关键性的部分，其功耗小、分辨率高、抗震性能良好，并且便于和计算机连接，成为了制导武器中电视导引头的第一选择。CCD成像系统在制导武器中的应用，使得制导武器的性能得到一定的提升，因此，大部分国家也开始研究相关的干扰技术，其中可调强光，如激光在干扰制导武器方面体现出了极大的优势，对于CCD摄像系统的成像质量会产生明显影响。但是采用激光进行干扰的方式具有一定的局限性，为了应对更加复杂的环境，研究多种干扰CCD摄像系统成像质量极有必要。

1 CCD摄像系统的工作原理

CCD成像系统是制导武器中的光电探测系统，其首先获取到目标物的图像信息，然后转化为控制信号，从而指引武器向目标飞行。其利用所采集到的图像信息对目标进行跟踪定位，精确度相对较高，同时也具有一定的隐蔽性。CCD摄像系统由光学系统、CCD图像传感器、信号处理系统、结构系统以及计算机组成，光学系统主要是获取目标物的图像信息；图像传感器收集光信号，而信号处理系统通过对于图像信息进行处理，完成对目标物的识别、定位、跟踪，并向计算机传输信息，最后由计算机生成相应的图像信息，一般来说，信号量化等级高，处理越充分，所生成的图像分辨率也更高，细节表现更清楚。

2 光照条件对摄像系统增益产生的影响

当目标以及背景的光照条件发生较大的变化时，CCD摄像系统获取到的图像信息很容易出现欠饱和或者过饱和的情况，因此，就需要CCD摄像系统的自增益机制根据已获取图像信息的各项参数和既定的参数进行对比，对图像信息进行相应的调整，从而使图像质量符合要求，具体的流程如下图所示：

图1 CCD摄像系统自增益机制控制图

当光照面积相对较大时，CCD摄像系统的自增益效果逐步增加，当光照面积相对较大时，刚开始自增益效果随着光强比增大而降低，但是在到达一定程度时就开始保持不变，这主要是由于当光照面积较小时，被照射部分对于灰度值的影响较低，当达到饱和状态时整个视长灰度情况开始趋于稳定，因此，自增益效果的变化也开始趋于稳定。CCD摄像系统这种自增益机制在自然环境条件下，对于光照的变化可以有效的适应，这主要是由于自然光照变化短时间内的变化不大，并且变化有规律可循，所以效果比较明显，但是当受到人为干扰的情况，自适应机制难以适应，会对成像质量产生影响。

3 局部强光对于CCD摄像系统成像过程的影响

采用照度计标定过的130klx的光照强度，7klx的自然光照强度，选用SNOYDSC—F828CCD摄像机（具有自适应功能），通过进行实验发现，在未实施光照之前，目标的图像信息相对清晰，灰度比较均匀的分布在0～255整个灰度范围，检测到的边界清晰可见。照射面积占整个视场或大部分视场时，由于光照很强，图像达到饱和，灰度分布在255附近，基本上检测不到目标边界，图像细节消失；照射面积只占部分视场或少部分视场时，由于光照很强，照射部分达到饱和，再加上AGC调整增益减小，未光照部分整体变暗。在不同光照条件下，各因子之间的对比结果如下表所示。从表中可以看出，在局部光照条件下，亮度、对比度这两项因子要明显优于全局光照，但是在整体结构上略逊于全局光照，并且SSIM值明显低于全局光照，这就表明，其对于CCD摄像系统的成像质量会产生较大的影响。

表1 局部和全局光照条件下各因子对比表

4 时序控制下的光照对于CCD摄像系统成像过程的影响

通过适当的调整强光出光时序，使AGC的延时和出光频率之间相匹配，在这样的条件下，AGC会根据光照下的图像情况适当的调整参数，当AGC开始发挥作用时，将强光照撤下，或者是换成较弱的光照，这样所获得的图像整体上比较暗，图像的细节部分无法有效的体现出来。而当AGC在此根据光照条件调整增益效果时，此时的光照条件变成了强光，这样所获得的图像又过分饱和，导致图像细节部分的效果仍然不理想。从整体上的效果来看，所获取的图像随时间的变化出现明暗相互交替的情况，成像质量受到了明显的影响。这主要是由于当光照条件的变化周期较大时，CCD摄像系统的自增益机制所需要的恢复时间相应变长，导致成像质量受到影响，图像细节部分分辨率过低。

5 结束语

本文主要研究了强光对可见光CCD摄像系统成像过程的干扰和影响，在研究中发现，强光不仅会明显影响CCD摄像系统的成像质量，同时对于其自增益机制也会产生一定的影响。通过对局部光照条件与全局光照条件下的各因子进行对比，以及对按照一定的出光时序来控制光照条件，CDD摄像系统所受到的影响的研究发现：强光的照射所引起的光照条件变化会导致成像质量受到极大的影响，这会导致CCD摄像系统在对目标物进行识别以及跟踪方面会造成极大的干扰。