ccd技术在海洋测绘领域中的应用

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1、CCD技术在海洋测绘领域中的应用第31卷第3期2011年5月海洋测绘HYDR0GRAPHICSURVEYINGANDCHARTINGVo1.31.NO.3May,2011GCD技术在海洋测绘领域中的应用阮锐(海军海洋测绘研究所,天津300061)摘要:CCD技术指的是CCD器件及其应用技术,这种非接触的测量手段极其适合海洋测量.在测绘领域,摄像是CCD技术最基本的应用,通过对摄取图像的不同处理派生出不同的用途.介绍了CCD的工作原理,以具体实例探讨CCD在海洋测绘领域中的不同用途.关键词:海洋测绘;CCD;线阵C

2、CD;面阵CCD;水下摄像;冈像传感器中图分类号:P237文献标识码:B文章编号:1671—3044(2011)03—0080—031弓I言电荷耦合器件(chargecoupleddevices,CCD)是20世纪70年代开始发展起来的新型半导体集成光电器件,一经出现立刻显现出它的发展潜力.几十年来,CCD技术的研究取得了惊人的进展,尤其在图像传感与非接触测量领域的发展更为迅速.目前CCD技术已在海洋测绘领域得到应用.CCD技术具有非接触,无磨损,精度高,不引入附加误差以及微光下能摄像的特点,这种非接触的测量手段

3、极其适合海洋测量.本文结合目前CCD技术在海洋测绘领域中应用情况,对CCD的应用技术进行介绍与探讨.2GCD技术介绍2.1CCD的工作原理及特点CCD是一种以电荷包的形式存贮和传递信息的半导体表面器件,它由许多排成阵列小MOS电容器组成.一个MOS电容器是一个光敏元,当光照射MOS电容器时,少数电子会被吸收到势阱中,势阱中电子称为光注入电荷,其数目的多少可以反映光的强弱,能够说明图像的明暗程度,因此这种MOS电容器实现了光信号向电荷信号的转变.将MOS电容器中的光注入电荷分别取出并检测,经处理就可得到视频图像信号

4、.光注入电荷Q,可按公式(1)计算:Q,,,=rlqA…ATc(1)式中,77为材料的量子效率;q为电子电荷量;A.为人射光的光子流速;为光敏单元的受光面积;T为光注入时间.CCD主要有:高分辨率,低噪声和高敏感度,动态范围广,良好的线性特性曲线,光电转换效率高,光谱响度广,体积小等特点.2.2CCD器件的种类CCD器件有多种分类方法,从海测应用角度发,CCD器件主要分为线阵(Linear)与面阵(Area)两种.光敏元以线形排列的称为线阵CCD.其线型又可分为直线型和曲线型.TCD1206UD为典型的线阵CCD

5、器件,它有2160个沿直线排列的光敏元,2160个光敏元阵列总长为32.24mm.PO072B为具有720个光敏元的环形线阵CCD,720个光电二极管均匀分布在360.的圆周上,每个光敏元所占角度为0.5..光敏元以面的形式排列的称为面阵CCD,它可以直接接收二维光信息.TCD5130AC是典型的面阵CCD,它的有效像元数为754(/t)x583(),像敏面积为9.05mmx6.70mm.3CCD的应用实例CCD技术的这些特点使其在海测领域得以应用.其应用主要是摄取图像,其他各种应用都是在此基础上发展而来,即通过

6、对摄取图像的不同处理可以派生出不同的用途.3.1水下摄像水下摄像是采用CCD面阵进行图像的采集.从20世纪80年代开始,美国,苏联,法国等国家,先后在载人潜水器上安装了摄像机进行水下勘探,救生等作业,曾在4000m深处发现了钛矿.2010年墨西哥湾的石油泄露事故,英国也是采用摄像机进行收稿日期:2011—01—13;修回日期:2011—03-04作者简介:阮锐(1962一),男,浙江宁波人,高级工程师,硕士,主要从事海洋测绘仪器的研制研究.第3期阮锐CCD技术在海洋测绘领域中的应用水下摄像,对石油泄露情况进行监控

7、,从而制定了有效的堵漏方案,并通过监控对方案进行了有效的实施.在我国抚仙湖的水下考古中,水下摄像作为一种重要的手段被利用.水下摄像作业受到多种因素的限制,如照明度,远距离,分辨率,对比度等,还要解决视频信号的长距离水下传输的问题.3.2海底地质取样在海测领域,水下摄像也是现代海洋调查的重要手段.在海底地质取样调查中,如果取样器不具备水下摄像的功能,取样时只能根据先验知识或测深仪等声学设备对海底进行判断,这种作业方式难以适用在具有复杂地形构造区域和特定目标区域有效采样,而且由于作业是不可控的盲采样,就不可能知道采样

8、点位置和原始样的附存情况以及采样过程的扰动情况等.另一方面,也难免出现因操作不当而损坏取样器的情况.目前的海底取样设备已开始增加可视的功能,作业时对于海底表层的底质探测,根本不需取样,可直接通过视频观察到,并确定其表层地质类型.对于需要获取一定深度海底样品时,可根据海底视频图像,对取样器进行操控,使整个作业有的放矢,提高调查作业的效率.3.3甲板作业监视在目前的大型测量船