CCD固体成像器件性能测试方法的研究

CCD图像传感器是目前科学成像领域主流的固体成像器件。一般而言, 当成像系统中使用CCD器件时, 首先需要测量它的一些性能指标, 这是判断该CCD器件是否满足整个系统性能要求的重要依据。对CCD成像器件性能的测试方法进行了探讨, 涉及的参数包括增益、噪声、电荷转移效率、线性和满阱电荷等。研究重点是如何应用扩展像素边界反应方法及同位素X射线方法检测CCD的电荷转移效率, 以及利用X射线方法测量器件的增益。最后以理论研究为基础, 发展并提出了一套切实可行的CCD器件检测方法, 同时基于E2V公司4K×4K芯片CCD203_82进行了性能测试实验, 实验结果也验证了本文提出的测试方法的可行性和可靠性。     

CCD系统线性动态范围的标定

 提出了一种标定CCD图像采集系统动态范围的实用方法。利用尖劈形成一列光强逐级衰减的标定光源,结合插值法给出CAS-512A CCD系统的线性动态范围。可用于强激光领域中CAS-512A CCD图像采集系统的实用线性动态范围的标定。     

基于半像素错位的多幅图像重建高分辨率图像技术研究

介绍了一种基于半像素错位的多幅图像重建高分辨率图像技术。分析了半像素错位的多幅图像与高分辨率图像各像素灰度值的对应关系 ,并从CCD数字化采样的角度进行了论证。同时 ,结合实际摄像机CCD结构 ,求出了高分辨率图像重建的计算公式 ,并通过实验进行了验证和完善。重建的本质是以原高分辨率图像的 4邻域平均图像为基础 ,增加一定比例的边缘细节信息 ,去接近原高分辨率图像。CCD的动态范围越大 ,图像的灰度级越多 ,那么计算误差就越小 ,图像的边缘细节信息就可以利用更多 ,重建的图像就越接近原高分辨率图像。通过实验和分析表明 ,利用半像素错位的多幅低分辨率图像重建高分辨率图像的原理是正确的 ,方案是可行的     

一种新的OLED亮度均匀度测试方法

根据CCD的成像特点,建立了CCD感光像素与OLED显示像素亮度的关系,从而提出了一种由CCD采集图像分析OLED显示设备亮度均匀度的理论方法。给出了一种基于CCD摄像器件的测试平台与软件系统,阐述了测试平台的主要组成、工作流程以及设计要点等。给出了OLED样板的测试评估结果,表明了这种基于CCD的测试平台与评估理论的方法是快捷而有效的。     

基于数字微镜器件技术提高面阵CCD相机动态范围的研究

提出了一种采用数字微镜(DMD)器件作为SLM调制面阵CCD的设计方法.解决普通CCD相机在拍摄高反差场景时,图像上出现过曝光或欠曝光,造成丢失细节的现象.该方法通过场景预测成像,确定CCD按多曝光区域的划定和曝光时问.利用DMD微镜凋制功能,实现CCD分区分时曝光.同时设计一种图像数据结构提高了面阵CCD动态范围.实验证明,该方法不但提高了成像质量,高亮和背光处细节可清晰地表现.而且增强了图像数据的动态范围.实现了实时获取高动态范围、高质量的图像及数据,不再需要软件"融合".     

行间转移型CCD激光干扰效应阈值估算方法

电荷耦合器件(CCD)图像传感应用中,通过非实测手段获取器件的干扰效应阈值非常重要,有时甚至是唯一手段。分析了行间转移型CCD单像素饱和与串扰等典型激光干扰效应的影响因素,研究了垂直拖尾、光晕和串扰3种效应的物理本质间的内在联系与区别,初步证实垂直拖尾系数对串扰效应而言为非敏感参数。提出了基于饱和信号电荷量、像元尺寸、量子效率以及光晕抑制率等器件参数,从现有的效应数据预估相似器件单像素饱和阈值、串扰线饱和阈值的外推方法。对柯达面阵CCD器件的饱和阈值测量与干扰效应实验显示,预估结果与实验值之间的偏差量分别为3%和20%,属于可以接受的范围,表明预估方法切实可行。     

强光致CCD过饱和效应机理分析

分析了正常工作条件下CCD信号检测电路工作的全过程;指出了在正常工作状态下CCD对检测电路的注入是以低占空比的周期性窄脉冲方式进行的,配合有效的复位机制,使每个像素的复位电平保持为常值。根据CCD过饱和状态的产生条件和CCD信号传输沟道内的电势分布特点,提出了CCD过饱和状态的物理实质,即激光在CCD的受辐照点处提供了一个光生电流源,光生电荷将CCD的传输势阱全部填满之后使得CCD由一个电荷器件转变为一个电流器件。电流通过由CCD时钟的低电平所确定的沟道传输,使CCD对检测电路的注入以近乎连续的周期性长脉冲方式进行,导致了复位电平的改变,造成过饱和的视频图像。     

基于CCD传感的激光粒度测试技术研究

颗粒测试在工业生产和科学研究中涉及的领域非常广泛,常用的颗粒粒度及其分布的测试方法是激光粒度测试法,其具有测试精度高、测量速度快、重复性好和可测粒径范围宽等突出优点。CCD传感器有灵敏度高、分辨率高、噪声小和较大的动态范围等优点,其作为激光粒度仪的探测器提高光强分辨率的应用已经很普遍了。为提高测量精度,通过对CCD传感技术的研究,应用图像处理的方法来设计光电探测器,搭建了基于米氏散射原理的激光粒度测试系统。实验结果表明,用CCD传感器采集光散射图像,再对图像进行处理,D50与D10误差在6%之内,D90误差在1%之内,降低了测量的重复误差。     

激光对面阵CCD器件破坏的一种新机理

 用波长为1 064 nm、脉宽为5 ms的激光辐照SONY ICX055BL可见光硅CCD器件，实验中由图像采集卡采集得到相机的视频输出，同时用示波器检测ICX055BL的输出信号和垂直输出时钟信号。结果表明，在脉冲激光的辐照下，器件比较容易被破坏。研究中将器件作为一个功能整体，破坏机理分析不只局限于CCD的探测、电荷存储、电荷转移的MOS结构部分。结合实验结果和CCD器件的电路特点，初步判断该器件的破坏机理为电路破坏，脉冲激光所产生的信号电荷冲坏了复位的场效应管，使器件整体永久失效。     

CCD立靶光源适用性的图像判定技术

针对CCD立靶在室外自然环境下和配有主动光源的工程应用,提出一种基于背景图像分析的光源适用性判定方法。在图像采集与实际测试状态一致的条件下,采集无目标背景图像,通过数字图像处理,确定采集视场内各个位置处图像的灰度变化范围f及灰度均值fmean,若背景图像中各个像元的fmean2f,即认为CCD立靶可以对目标图像进行可靠识别。实验室及外场CCD立靶应用实验结果验证了该判据的有效性和可靠性。     

D. CCD视频技术、等离子体诊断和脉冲辐射摄影

本文对CCD摄象技术、等离子体诊断和脉冲辐射摄影的国内外最新发展作了评述,并涉及到在高技术领域的应用。     

基于场景坏点检测的面阵CCD暗电流估计方法

利用CCD中的部分坏点作为温度敏感器,提取CCD温度估计值,建立温度估计值与暗电流的函数模型,并结合均值滤波的方法,在真实场景图像中提取CCD温度估计值,实现了面阵CCD的暗电流估计。在方法分析的基础上,以真实的暗电流数据为基准参考,对暗电流的估计结果进行了比对实验。实验结果表明,在不同的积分时间及大动态范围的成像条件下暗电流的估计结果十分准确,偏差小于0.4%,并且具有一定的抗噪性。该方法利用场景本身的特征信息对拍摄时刻的暗电流进行估计,不需要额外采集暗电流数据,节省了图像采集时间,十分适合于积分时间较长的高光谱成像或天文观测领域,采用无温度控制的低成本CCD成像探测系统进行实时图像采集。     

基于电子轰击式CCD的大动态条纹相机研究

为了实现对更弱、以及物理量跨度更大的信号探测, 满足材料、生物、信息、半导体物理以及能源等重大科学领域对诊断精密化的进一步需求, 需要提高条纹相机的动态范围、空间分辨率和信噪比. 为此, 本文研制了基于电子轰击式CCD(EBCCD)的大动态条纹相机, 条纹变像管采用时间和空间方向分别聚焦的矩形框电极和电四极透镜结构, 可降低空间电荷效应. 并提高电子加速电压, 减小电子渡越时间以降低空间电荷相互作用时间. 采用基于电子轰击读出技术的背照式CCD(BCCD)作为读出器件, 取代传统的像增强CCD(ICCD)以缩短图像转换链, 较大地降低了超快诊断设备转换过程中的图像衰减, 从而提高条纹相机图像的信噪比、空间分辨率和动态范围. 实验得到静态空间分辨率高于35 lp/mm, 动态空间分辨率达到20 lp/mm, 偏转灵敏度为60.76 mm/kV, 动态范围达到2094:1, 扫描速度非线性为5.04%, 条纹相机的电子轰击半导体(EBS)增益达到3000以上.     

高分辨率CCD图像传感器及CCD摄像机的性能评价

研究了ＣＣＤ图像传感器及ＣＣＤ摄像机的性能及测试方法。重点探讨了高分辨率的ＣＣＤ摄像机的成像特点。论述了高分辨率ＣＣＤ图像传感器和高分辨率ＣＣＤ摄像机的性能。这些性能与当前厂商提供的商用ＣＣＤ摄像机有许多不同之处。评价高分辨率ＣＣＤ图像传感器的性能主要有灵敏度、动态范围、分辨率和拖影。评价高分辨率ＣＣＤ摄像机性能有灵敏度、最小照度、分辨率和光学格式等。给出了高分辨ＣＣＤ摄像机的性能评价实例,简述了其工艺特点和技术特点。     

数码相机图像传感器技术

介绍了数码相机中图像传感器的关键技术和相关的新技术。目前广泛被使用的图像传感器是CCD、SuperCCD和CMOSImageSensor(互补性氧化金属半导体图像传感器)。在分析和介绍图像传感器的结构、读出方式、彩色滤光阵列(CFA)等技术内容的基础上,对数码相机设计采用的图像传感器在关键技术指标进行了综合对比。     

像管极限分辨力客观测试评价方法的研究

根据圆孔夫朗和费衍射理论,从波长和能量的角度分析比较了人眼和CCD成像系统的极限分辨力,计算了荧光屏辐射光中的红外成分对CCD成像系统的影响。分析结果表明,在一定条件下,采用CCD成像系统进行的像管分辨力测试结果可以客观评价像管的极限分辨能力。     

基于液晶局部选通系统的硬件算法的研究

鉴于CCD相机在强光照射时会产生光晕,CCD敏感面像素之间互相影响,进而导致成像模糊不清,提出一种克服光晕现象的像质增强算法.利用HTPS(高温聚硅)液晶具有可实时控制各像素光透过率的特性,使液晶和主CCD由光纤光锥进行像素一对一耦合.用Cyclone II芯片作为图像处理单元,测光CCD采集图像信息,控制液晶改善图像质量.实验结果表明,该系统能够精确控制HTPS液晶上每个像素的透过率,使CCD相机能在强光下正常成像,其灰度分辨能力提高了1倍,从而提高了图像的清晰度.     

基于针孔目标物的调制传递函数测试

为了有效测试物镜或光学系统的调制传递函数，采用CCD自动扫描针孔像，并分析系统及环境对目标像的影响因素；系统通过连续采集多幅目标物图像进行平均后，再减去当时的背景图像进行图像处理，选取包含目标物所有信息的合适积分区域，然后通过子午和弧矢方向的积分得到一维的线扩散函数，再经数据处理后由离散傅里叶变换求模得到较可靠的调制传递函数。结果表明：该方法能够快速测量出被测物镜的调制传递函数。     

一种采用面阵彩色CCD及视频信号接口的光谱仪

介绍了一种使用面阵彩色ＣＣＤ 摄像机和体全息光栅设计的小型光谱仪。该光谱仪使用普通模拟视频信号输出格式,经过带有视频输入接口的计算机显示卡采集信号并实现图像信号的数字化,利用面阵彩色ＣＣＤ的二维图像特点采用软件去除背景噪声,在达到使用分辨率和精度要求的前提下降低了对ＣＣＤ 器件性能的要求。从而降低了整机的造价。利用特别设计的局部缩放机构和ＣＣＤ采集的色彩信息实现了对全光谱的频段细分,在有效像素数不变的情况下提高了系统的物理分辨率。     

CCD成像型宽量程亮度计系统研究

介绍了一种新颖的亮度测量装置。采用具有电荷累积功能的面阵ＣＣＤ器件,电荷累积与数字累积相结合的方法,提出了可获得更大范围量程的ＣＣＤ成像型亮度计系统。讨论了系统的基本原理、技术指标、所采用的技术方案以及系统实现的技术途径。该系统的建立,可实现图像、测试框、亮度值、设定参数的同屏显示及宽量程测量等多种功能。