于晨曦

（中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設備研究所，洛陽 471003）

CCD成像系統(tǒng)是制導武器中關(guān)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(tǒng)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(guān)的干擾技術(shù)，其中可調(diào)強光，如激光在干擾制導武器方面體現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢，對于CCD攝像系統(tǒng)的成像質(zhì)量會產(chǎn)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(huán)境，研究多種干擾CCD攝像系統(tǒng)成像質(zhì)量極有必要。

1 CCD攝像系統(tǒng)的工作原理

CCD成像系統(tǒng)是制導武器中的光電探測系統(tǒng)，其首先獲取到目標物的圖像信息，然后轉(zhuǎn)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(tǒng)由光學系統(tǒng)、CCD圖像傳感器、信號處理系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以及計算機組成，光學系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)表現(xiàn)更清楚。

2 光照條件對攝像系統(tǒng)增益產(chǎn)生的影響

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

圖1 CCD攝像系統(tǒng)自增益機制控制圖

當光照面積相對較大時，CCD攝像系統(tǒng)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(tài)時整個視長灰度情況開始趨于穩(wěn)定，因此，自增益效果的變化也開始趨于穩(wěn)定。CCD攝像系統(tǒng)這種自增益機制在自然環(huán)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(nèi)的變化不大，并且變化有規(guī)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(zhì)量產(chǎn)生影響。

3 局部強光對于CCD攝像系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)，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(jié)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(diào)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(jié)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(yōu)于全局光照，但是在整體結(jié)構(gòu)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(tǒng)的成像質(zhì)量會產(chǎn)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(tǒng)成像過程的影響

通過適當?shù)恼{(diào)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(jù)光照下的圖像情況適當?shù)恼{(diào)整參數(shù)，當AGC開始發(fā)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(jié)部分無法有效的體現(xiàn)出來。而當AGC在此根據(jù)光照條件調(diào)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(jié)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(xiàn)明暗相互交替的情況，成像質(zhì)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(tǒng)的自增益機制所需要的恢復時間相應變長，導致成像質(zhì)量受到影響，圖像細節(jié)部分分辨率過低。

5 結(jié)束語

本文主要研究了強光對可見光CCD攝像系統(tǒng)成像過程的干擾和影響，在研究中發(fā)現(xiàn)，強光不僅會明顯影響CCD攝像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，同時對于其自增益機制也會產(chǎn)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(tǒng)所受到的影響的研究發(fā)現(xiàn)：強光的照射所引起的光照條件變化會導致成像質(zhì)量受到極大的影響，這會導致CCD攝像系統(tǒng)在對目標物進行識別以及跟蹤方面會造成極大的干擾。