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。     

基于折线采样的高分辨率成像系统设计

针对现有的提高线阵电荷耦合器件(CCD)成像系统的图像空间分辨率的方法存在的不足,提出了一种新的采样模式,并设计了一种高分辨率成像系统。该系统利用两个相同的线阵CCD相机进行特定的空间排列,即使得相机1和相机2的CCD阵列都倾斜θ来进行扫描取像,并利用图像校正和像素插值等图像重建方法,得到高分辨率的图像。实验结果表明,倾斜角取60°的情况下,相对于单个线阵相机在θ=0°的正常采样模式下得到的采样图像,图像的空间分辨率提高了1倍,且保持了成像的视野不变。本系统工程上实现简单,十分经济且便于维护,仅利用现有的成像装置即可获取更高分辨率的图像。     

基于CCD电极直接驱动控制的双脉冲发光图像高速曝光技术原理研究

电荷耦合器件(CCD)是一类高性能的光电成像器件,具有成像阵列大、图像质量好的特点。但由于正常工作驱动时序复杂,工作帧频一般较低,无法满足较高成像帧频的要求。针对一种双脉冲发光图像的高速高分辨高质量成像要求,根据CCD信号电荷收集及转移的电极驱动特性,选择合适的CCD类型,以电荷转移时序为时间分隔界限,设计了一种电极直接进行控制的时序,实现了两个光脉冲图像的分离积分及信号转移、读出等,完成了双脉冲发光图像的等效高帧频曝光的原理验证,在保持CCD原有高成像质量的情况下获得了μs级间隔的两幅图像可分辨的能力,并实现了一种二分幅相机系统。     

摆扫式TDI-CCD航空相机传感器MTF分析

TDI-CCD与普通线阵CCD相比具有很多优点,因而广泛应用于航空航天成像领域。在介绍TDI-CCD特点和摆扫式TDI-CCD航空相机扫描成像原理的基础上,分析了扫描像移的大小及行周期,推导出了由几何尺寸、电荷转移损失率、电荷分立运动、速度失配等因素引起图像传感器的调制传递函数退化表达式,给出了传感器线列方向和TDI方向的调制传递函数,提出了提高传感器调制传递函数的几种方法,对TDI-CCD航空相机整机设计提供了参考。     

质子辐照电荷耦合器件诱导电荷转移效率退化的实验分析

开展了电荷耦合器件（CCD）质子辐照损伤的实验研究. 分析了质子辐照CCD后电荷转移效率的退化规律,阐述了质子辐照诱导电荷转移效率退化的损伤机理,比较了不同能量质子对电荷转移效率的损伤程度. 通过开展辐射粒子输运理论计算,分析了不同能量质子对电荷转移效率损伤差异的原因. 关键词： 电荷耦合器件 质子 辐照效应 电荷转移效率     

线阵CCD转移效率及响应度非均匀性测试装置研究

介绍了准确测量线阵ＣＣＤＬ转移效率及响应度非均匀性的实验方法，装置及测试结果。采用小光点注入法，在自动化装置上实现数据采集，用移动寻峰和直线拟合法处理数据。文章还分析了影响测量结果的诸多因素。     

应用CCD的投影物镜调制传递函数测量系统

调制传递函数是评价光学成像系统成像质量的重要方法,因而测量光学系统的调制传递函数在各种成像光学系统生产实践中具有相当重要的作用。但是长期以来,投影显示设备的生产中缺少能够定量的检测投影物镜性能的标准化方法。根据线性系统和傅里叶变换的理论,结合液晶投影机投影物镜生产、检测的实际需要,提出了应用CCD图像采集系统的投影物镜调制传递函数测量方法,为生产实践提供了可行的定量判断投影物镜性能的手段。给出了实际物镜的检测结果,并与物镜的设计参量进行了比较,同时对影响系统测量精度的一些因素进行了分析。     

电荷耦合器件及其应用进展

电荷耦合器件（ＣＣＤ）是基于金属－氧化物－半导体（ＭＯＳ）技术的光敏元件。目前ＣＣＤ已具有光谱响应范围宽、检出限低、动态范围宽、暗电流和读出噪声低以及具有积分信号、多道同时检测信号和实时监测等能力的优点。目前它已经广泛地应用在各个领域。本文扼要介绍了ＣＣＤ的基本工作原理。特点及性能表征。评述了ＣＣＤ在光谱检测和成象领域中较活跃的应用及发展前景。指出了ＣＣＤ技术的发展给光谱分析领域带来了革命性的进展     

KAF-4301E CCD在低温下微光成像特性的实验研究

介绍了实验的原理和方法;重点介绍了在低温下KAF_4301E CCD的成像特性———量子效率(QE)、电荷转移效率(CTE)、读出噪声、暗电流和满阱等的测试结果。实验结果显示,随CCD工作温度降低并超过其最小标称值后,虽然暗流则明显减小,但CTE性能快速变差。从理论上对所得的结果进行了简短的分析和讨论。分析了该型号CCD在微光成像方面的应用前景。     

可编程CCD驱动器

本文介绍的可编程CCD驱动器是一种通用、小型化、性能稳定的线阵CCD驱动电路板。通过编程可以在同一块印刷电路板上实现对几种型号的线阵CCD、以及同一型号不同工作方式的CCD进行驱动。还可以同步驱动两种不同型号的CCD。     

多路CCD成像非一致性动态校正新方法

在多路CCD成像结构中,由于影响各路成像参量不一致的因素较多,常规校正方法变得复杂和困难。在分析多路CCD成像机理的基础上,提出了一种利用小波变换的多路CCD成像非一致性动态校正新方法,即在分析同一目标成像中异路图像像元特性差异的基础上,利用小波变换构筑校正因子对后续的CCD捕获图像进行校正。为满足实时校正的需要,研究了动态条件下成像校正的时效性,分析了不同小波的动态校正效率。实验结果表明,校正后同一目标异路图像相关值为0．9975,Symlet3小波在两路及多路成像校正中均具有较高效率;在多路成像中,Symlet系列小波相对于其它类型小波校正效率相对突出。此方法为多路CCD成像非一致性在线校正提供了有效的途径。     

光强局部选通成像器中光锥耦合技术研究

为了实现景物在强光照射下能够分辨图像的细节,在液晶的光强局部选通成像器中,使用光锥将TFT-LCD液晶耦合到CCD相机上以实现图像的实时传递。通过理论分析和计算,采用光锥耦合获得的耦合效率为14.24%,而透镜耦合则只有1.83%,由前者耦合后构成的局部选通系统,其调制传递函数曲线中奈奎斯特频率为0.518,极限分辨率为34 lp/mm,由此制作的器件,在对高照度下图像的细节分辨,明显高于透镜耦合的器件。分析了造成该系统MTF下降的因素,并提出了进一步改善MTF的技术措施。     

间歇式高速电视CCD视频图像实时存储系统

针对间歇式高速电视系统中CCD数字图像需要实时无压缩存储的需求,提出一种基于SCSI磁盘阵列的视频图像实时采集存储方案.在磁盘存储速度可行性论证测试的基础上,利用软件技术实现图像数据硬盘实时存储,并将存入硬盘的数据流转换为BMP文件格式加以显示.实验验证了该方案的可行性.     

基于微位移技术提高CCD分辨率的方法

利用微小相对移动和计算机合成技术提高CCD等数字图像传感器分辨率是一个行之有效的方法.本文在这一技术的基础上,将CCD图像传感器按像元尺寸和不感光间隔尺寸二者之间的关系做出了分类,提出了适应更多图像传感器类型的高分辨率图像的获取方法和算法,并给出了某些类型的CCD图像传感器通过微位移方式提高分辨率的限度.计算机模拟和实验都验证了这种新方法的可行性.     

一种全帧型CCD航空相机像移补偿方法

提出一种全帧型CCD航空相机像移补偿的实现方法.应用全帧型CCD在机械快门不关闭的情况下连续曝光的特点,并根据不同的速高比控制暂停脉冲的个数和宽度,控制了CCD垂直转移的速度,使CCD在曝光的同时进行转移和读出,实现了全帧型CCD航空数码相机航向方向的像移补偿.实验数据表明：该方法能够实现全帧型CCD像移补偿的功能.     

超连续谱激光干扰多色CCD探测器建模仿真研究

结合超连续谱激光器光谱辐射特性及多色CCD信号传递转换机理,建立了激光干扰多色CCD成像仿真模型。依据多色CCD工作原理,理论分析了饱和串扰信号转移规律;根据多色CCD结构,借助光学专业设计软件实现CCD像面激光能量空间分布特性研究;综合考虑饱和串扰信号转移规律及CCD像面激光能量空间分布,建立了超连续谱激光干扰单色CCD饱和串扰效应仿真模型,在此基础上结合多色CCD成像多色可视化原理,实现超连续激光干扰多色CCD输出图像仿真。最后,引入图像质量评价因子,研究了不同激光能量对多色CCD输出图像质量的影响。实验结果表明:激光功率密度是激光干扰效果的重要影响因子,随着激光能量增大,多色CCD输出图像质量下降。     

推扫式线阵TDI CCD扫描调制传递函数分析

 根据线阵TDI CCD离散采样的特点,以采样间距内成像调制度均值为基础,构建了推扫成像模式下线阵TDI CCD扫描方向的调制传递函数。该调制传递函数的数值分析表明：对于像元为10 μm的线阵TDI CCD,行转移驱动时钟相数为4, 3或2时,Nyquist频率处调制传递函数值分别为0.363,0.333或0.255;行频误差为1%及3%时,不同积分级数下调制传递函数变化曲线表明,增大行频误差及增加积分级数将使调制传递函数值减小,图像分辨率降低。成像实验结果符合所构建调制传递函数的定量分析结论。     

电荷耦合器件在质子辐照下的粒子输运仿真与效应分析

应用蒙特卡洛方法计算了质子在科学级电荷耦合器件(charge-coupled device, CCD) 结构中的能量沉积, 并结合该CCD的质子辐照试验及退火试验数据, 分析了器件的辐射损伤机理. 仿真计算体硅内沉积的位移损伤剂量和栅氧化层的电离损伤剂量, 辐照与退火试验过程中主要考察暗信号、电荷转移效率两个参数的变化规律. 研究结果显示, 暗信号和电荷转移效率的变化规律与位移、电离损伤剂量一致; 退火后暗信号大幅度降低, 辐照导致的表面暗信号增加占总暗信号增加的比例至少为80%; 退火后电荷转移效率恢复较小, 电荷转移效率降低的原因主要为体缺陷. 通过总结试验规律, 推导出了电荷转移效率退化程度的预估公式及其损伤因子k_damage.     

Image degradation characteristics and restoration based on regularization for diffractive imaging

The diffractive membrane optical imaging system is an important development trend of ultra large aperture and lightweight space camera. However, related investigations on physics-based diffractive imaging degradation characteristics and corresponding image restoration methods are less studied. In this paper, the model of image quality degradation for the diffraction imaging system is first deduced mathematically based on diffraction theory and then the degradation characteristics are analyzed. On this basis, a novel regularization model of image restoration that contains multiple prior constraints is established. After that, the solving approach of the equation with the multi-norm coexistence and multi-regularization parameters (prior’s parameters) is presented. Subsequently, the space-variant PSF image restoration method for large aperture diffractive imaging system is proposed combined with block idea of isoplanatic region. Experimentally, the proposed algorithm demonstrates its capacity to achieve multi-objective improvement including MTF enhancing, dispersion correcting, noise and artifact suppressing as well as image’s detail preserving, and produce satisfactory visual quality. This can provide scientific basis for applications and possesses potential application prospects on future space applications of diffractive membrane imaging technology.     

基于微光像增强器的偏振成像系统设计与实验

为验证用微光像增强器实现偏振成像的可行性,根据偏振成像原理,设计了基于分时型偏振成像技术的微光偏振检偏器。选用三代像增强器和高动态范围数字CCD,设计了相应大口径成像物镜和中继光学耦合透镜,获得了高透过率、高调制函数（MTF）的图像耦合性能。采用数字CCD、数字图像采集卡,编写了相应图像处理软件,实现了实验室和野外微光条件下的人造目标和自然景物的偏振探测成像。结果表明,原始图像中目标与背景对比度之比为1.35,基于微光像增强器的偏振成像系统的目标与背景对比度之比为2.35,微光偏振成像能够提高夜间环境下人造目标和自然背景的对比度。