[發明專利]一種科學級CCD的非線性度標定方法

有效

• 申請號: 201110176043.1
• 申請日: 2011-06-28
• 公開（公告）號: CN102853903A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 達爭尚;劉力;李東堅;田新鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J1/00
• 分類號: G01J1/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 商宇科

技術領域

本發明屬光學領域，涉及一種科學級CCD的非線性度標定方法，尤其涉及一種基于激光干涉對科學級CCD的線性度指標進行標定的方法。

背景技術

科學級CCD器件是進行激光場光強及其分布測量的重要器件，其作為測量器件的前提是光電響應曲線是線性的，但實際的器件并不嚴格滿足輸入光強——輸出灰度線性關系，即存在非線性誤差，這是引起測量誤差的一個重要因素，一般采用非線性度指標表示器件響應偏離線性的程度，需要精確的予以標定確定。非線性度標定的難點在于需要準確的知道輸入光強的實際值或相對比值，否則光強輸入誤差也將引起輸出灰度的誤差，從而造成非線性度計算的失真，例如通常非線性度標定是通過功率計測量CCD接收的能量大小，然后通過功率——灰度曲線計算非線性度，顯然功率計本身存在功率測量誤差，勢必引起非線性度測量誤差。

發明內容

為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種隨機電子噪聲影響小、非線性度測量精度高以及非線性度標定結果準確的科學級CCD的非線性度標定方法。

本發明的技術解決方案是：本發明提供了一種科學級CCD的非線性度標定方法，其特殊之處在于：所述方法包括以下步驟：

1)獲取已知光場強度分布的干涉光場并將其入射至科學級CCD；

2)科學級CCD接收來自步驟1)的已知光場強度分布的干涉光場后輸出干涉光場所對應的含有干涉條紋的干涉圖像；

3)繪制光場強度-灰度分布曲線；

7)由非線性度公式分析計算CCD的非線性。

上述步驟1)的具體實現方式是：

1.1)獲取已知光場強度分布的平行光；

1.2)使平行光產生夾角，所述夾角是在角分量級；

1.3)在平行光交疊區域產生干涉光場。

上述步驟1.2)的具體實現方式是：

將已知光場強度分布的平行光入射至不鍍膜玻璃劈板，經不鍍膜玻璃劈板的前后表面反射后分別產生兩束有夾角平行光。

上述步驟3)的具體實現方式是：

3.1)以網狀柵格線分割步驟2)所得到的干涉圖樣：所述網狀柵格線包括水平柵線以及豎直柵線；所述水平柵線垂直干涉條紋方向，所述水平柵線的數量是20～50個；所述豎直柵線沿干涉條紋方向，所述豎直柵線的數量根據CCD的像元數確定；

3.2)以水平柵線之間的間隔為橫坐標、以柵格節點處的灰度分布為縱坐標繪制每條水平柵線上的灰度分布；

3.3)以每個豎直柵線上節點灰度平均值為縱坐標，以豎直柵線之間的間隔為橫坐標繪制出強度分布曲線；

3.4)干涉圖樣強度分布理論上應符合I＝I₀[1+γcos(πx)]表達，其中：

I₀＝I₁+I₂，即相互干涉的兩束激光強度之和；

表示干涉條紋的反襯度；

x代表橫坐標，即取樣柵格的間隔。

上述科學級CCD的非線性度標定方法還包括：

4)將步驟3)所得到的光場強度-灰度分布曲線進行歸一化處理；

5)根據歸一化的光場強度-灰度分布曲線確定科學級CCD非線性度的計算范圍；

6)對歸一化的光場強度-灰度分布曲線進行線性擬合。

上述步驟4)的具體實現方式是：

4.1)將步驟3.4)所確定曲線以及調整光場強度后所得到的干涉圖樣的最強灰度點重合；

4.2)以橫坐標為取樣柵格的間隔的激光強度值歸一化到最大灰度、縱坐標為取樣柵格的間隔的CCD輸出灰度值描繪CCD強度——灰度曲線。

上述步驟5)的具體實現方式是：以CCD輸出灰度的最高點至輸出灰度接近CCD本底灰度區域的曲線作為非線性度計算范圍。

上述步驟6)是以最小二乘法對光場強度-灰度分布曲線進行線性擬合。上述最小二乘法是根據光電響應曲線：該曲線代表了科學級CCD的理想線性輸出，作為非線性度計算的參考；

其中：

表示干涉條紋的灰度；

I表示歸一化光強；

k表示光電轉換系數；

b表示CCD本底灰度。

上述步驟7)的具體實現方式是：根據公式計算非線性度，所述公式是：