基于垂直层叠结构的可见/近红外双波段传感器研究

提出了基于垂直层叠结构的双波段传感器,该结构为同时对可见波段和近红外波段进行成像提供了可能。它的基本原理是利用不同波长的光在硅材料中穿透深度的非线性分布,即:短波长的可见光主要在表面被吸收,长波长的近红外光则主要在更深的位置被吸收。通过垂直层叠结构,抽取不同深度的光生载流子,即可以得到相应波段的成像信息。数值仿真分析表明,结构参量为D1=2μm,D2=18μm的结构能在400~1200 nm波长范围得到响应峰值波长为550 nm和1000 nm的最佳可见/近红外响应。     

滤光轮分光的近红外彩色成像系统

研制了滤光轮分光的近红外彩色成像系统。针对一款光谱响应延伸至近红外波段的CMOS大面阵黑白摄像机,设计加工了大小适合的滤光轮和与光谱匹配的滤光片。根据滤光轮载荷选择了微型电机,并采用由时间同步装置产生的脉冲信号触发滤光轮的转停;采用基于灰度世界理论的RGB融合算法形成彩色图像。室内外的成像实验表明:该系统实现了近红外波段的彩色成像,尤其是夜天光中的近红外辐射,使夜间拍摄的图像亮度得到了明显的提升。     

基于CMOS图像传感器的成像系统设计

以OV 5 116CMOS图像传感器为例 ,讨论了基于CMOS图像传感器的成像系统的电路设计方法及系统设计中应注意的问题 ;并通过对CMOS图像传感器外围电路的优化设计实现了成像系统的微型化和轻量化。     

基于锥形硅纳米线色彩分辨探测能力仿真

基于拜尔滤波片(bayer filter)彩色成像技术在集成度和分辨率都已经接近极限,无滤波片(filter-free)的彩色成像单元得到广泛的关注和研究.纳米线自身腔模式可以实现对不同能量的光空间分布,通过对纳米线形貌调控实现色彩分辨探测.本文使用有限元法构建了能依靠自身结构完成分光目的,能够作为光探测器的锥形纳米线器件.数值模拟结果显示,能够根据器件的顶半径、底半径、长度和材料等相关参数调整器件涵盖的波长范围和分辨率等重要参数,并具体分析了如何进行调控.同时进一步分析了该结构在实际制备器件时以及不同角度入射光下的器件性能.这些研究结果对于将锥形结构纳米线作为光探测器的实际应用有重要的参考意义.     

窄带快照式多光谱成像色彩还原方法

由于兼具光谱分辨和空间分辨能力, 快照式窄带多光谱成像在资源遥感、精准农业、医疗检测等领域将有广泛应用。由于该方法使用窄带成像来提高光谱分辨率及图像对比度,所获得的图像是灰度信息,失去了场景的色彩信息,不便专家对图像鉴别、评价与赏析。已有的色彩还原算法主要针对光谱波段带宽较宽或者多个波段叠加基本覆盖整个可见光谱范围等两种光谱成像仪,不适合窄带多光谱成像方法的色彩还原。该研究适合于快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法,提出建立窄带多光谱彩色相机的概念。首先,提出两种窄带多光谱色彩还原方法：(1)基于CIE色度系统三刺激值色的,(2)基于贝尔阵列插值算法的;其次,分别应用两种算法还原快照式窄带多光谱相机所获得的植物、手臂及宫颈组织等三种代表性场景窄带多光谱灰度图像;之后,计算并比较表征两种算法所得的代表性场景彩色图像的均值、方差、熵及梯度等表征图像质量的参数数值,确定出适合快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法;最后,对所确定的色彩还原算法进行色偏校正。实验结果表明,基于CIE三刺激值色彩还原方法比贝尔阵列插值法更适用于窄带多光谱成像颜色复原。配合使用CIE三刺激值色彩还原方法及灰度图象校正算法,从窄带光谱成像所获得的植物、手臂皮肤及宫颈组织的灰度图像所还原出的近彩色图像逼近物体真实色彩,满足人眼观察习惯。介绍了仅覆盖可见光光谱范围30%的窄带多光谱图像进行色彩还原的方法,该方法证明快照式窄带多光谱成像可以兼具光谱分辨能力,同时保持可供人主观辨识的色彩信息。所提出实现快照式窄带多光谱彩色成像的方法,有望设计不同于传统RGB相机的彩色相机实施方案。     

高分辨紫外电子轰击互补金属氧化物半导体器件的实验研究

基于真空紫外光电阴极和背照式互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器研制了紫外光响应的电子轰击CMOS(EBCMOS)器件,实现了EBCMOS器件在40 mlx光照度环境下的高分辨探测,电子图像灰度随电子能量的变化呈现出极好的线性关系.对器件成像分辨率测试的结果表明,在电场强度为5000 V/mm时,器件的空间分辨率可以达到25 lp/mm,与国际相关报道水平相当.研制的EBCMOS器件可直接在紫外弱光探测领域应用,如天文观察、高能物理、遥感测绘等,同时也可为下一步研制可见光和近红外敏感的EBCMOS器件提供参考.     

穿透毛玻璃的可见光成像系统

透过复杂介质获取目标物体图像精细信息的能力是光电图像采集处理的一大难点, 选用CMOS光电图像传感器, 设计了CMOS成像系统以及后端读取和处理电路, 透过毛玻璃对目标物体成像, 将采集的图像信息传送到计算机中进行处理。该系统按照相机光学成像系统原理制作, 采用通用CMOS图像传感器芯片完成电路设计, 加之红外激光辅助照明拍摄采集图像, 由远及近不同距离分别对同一目标物成像, 对成像图像进行迭代图像增强算法优化, 可以解决毛玻璃非匀质问题, 使光源重建精度大大提高, 得到的可见光图像轮廓清晰, 与一般CCD成像系统相比, 识别率超过95%, 远大于一般成像系统, 且成像性能良好。     

基于色彩传递的单波段热图像彩色化处理算法

研究基于色彩传递的单波段热成像自然感彩色化处理算法,提出一种应用伪彩色编码突出显示热目标的方法.方法首先选定适当的参考图像并对亮度通道做线性变换,然后基于通道间相关性很小的lαβ颜色空间,利用图像像素邻域亮度通道的均值和标准差进行像素间的相互匹配,将参考图像的色彩传递给单波段红外图像,最后寻找色彩传递结果图像中亮度接近最大值的像素,将它们的颜色映射到彩虹编码的高温端,以红色凋突出显示.算法用于几种场景类型的单波段红外图像,得到了色彩自然感较好的彩色化热图像,能够避免长时间观察热图像造成视觉疲劳的问题;突出场景热目标,在保留背景深度感的基础上,可有效提升观察者的目标识别能力.     

一种可用于单色光谱检测的CMOS层叠传感器

一种可以对单色光谱进行检测的并基于标准CMOS工艺的新型器件结构进行了制作和测试.它的基本原理是:利用器件本身两层结构对偏蓝色的短波长光和偏红色的长波长光的不同响应特性,得到器件响应值对于波长的单调递增曲线并可由此得到输入光谱的单色波长信息.文章中介绍了器件的基本工作原理,设计制作了实验性器件并对其特性曲线进行了实际的标定,最终给出了可用于单色光谱测量的器件响应和波长的对应曲线.     

高灵敏度APS CMOS图像传感器光谱探测技术研究

主动像元型(APS)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的成像性能已经接近电荷耦合器件(CCD)的成像性能,在光谱成像领域有很好的应用前景。讨论了CMOS器件用于光谱探测的若干问题,建立了光谱成像系统的噪声模型并进行了实际噪声测试,分析了基于CMOS探测器的成像光谱仪的灵敏度水平;结合CMOS器件的结构和特性给出了图像的校正方法。搭建了包括光学、电子学的完整光谱成像系统,进行了光谱成像试验,验证了灵敏度分析和光谱校正方法。结果表明,CMOS探测器可以满足高光谱成像的灵敏度要求,可用于高光谱探测。