[發(fā)明專利]測量CCD芯片靈敏度、線性度和暗噪聲相關(guān)參數(shù)的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110329969.X
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102508147A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵曉鵬;許宏濤;喬林;王楊;馬菁汀;徐大庸;鐘宬;劉飛;靳振華
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28;G01M11/02
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種測量CCD芯片靈敏度、線性度和暗噪聲相關(guān)參數(shù)的方法，包括如下步驟：

(1)將待測CCD芯片放置在開有入射窗的杜瓦瓶溫控室當(dāng)中，并將CCD芯片與控制電路對應(yīng)接口相連，該控制電路用于控制CCD芯片成像；

(2)在CCD芯片附近放置標(biāo)定好的探測器，用于標(biāo)定光源功率，為測量提供光功率參考值；

(3)在距CCD芯片80cm處放置波長可調(diào)的單色均勻光源系統(tǒng)，用該光源系統(tǒng)發(fā)出的單色光直接照射到CCD和標(biāo)定好的探測器上面；

(4)通過快門裝置或CCD芯片自帶的電子快門調(diào)整CCD芯片的積分時(shí)間，控制CCD芯片的曝光量；

(5)以CCD芯片量子效率最大對應(yīng)的波長η為參數(shù)，設(shè)置光源系統(tǒng)使其產(chǎn)生單色光；

(6)根據(jù)CCD芯片的實(shí)際工作環(huán)境溫度，選取溫度參數(shù)調(diào)節(jié)杜瓦瓶溫控室，使CCD芯片處在一個(gè)80K到常溫之間的恒定溫度下工作；

(7)選取至少50個(gè)等間隔分布的積分時(shí)間(t₁，t₂，t₃...，t_X)調(diào)節(jié)CCD芯片的曝光量，其中X為實(shí)際選取的積分時(shí)間數(shù)目，積分時(shí)間的最大值和最小值要能使所拍攝的入射光斑圖像滿足其灰度平均值分別為最小和達(dá)到飽和；

(8)對于選取的每一個(gè)積分時(shí)間，各拍攝2組圖像，其中第1組圖像是對入射單色光進(jìn)行成像，第2組圖像是關(guān)閉快門成像，每組至少拍攝5張；

(9)對于選取的每一個(gè)積分時(shí)間，分別從第1組和第2組圖像中各抽取2張圖像，并根據(jù)第1組的2張圖像y^A和y^B計(jì)算這兩張圖像總的灰度平均值μ_y1，根據(jù)第2組的2張圖像y^C和y^D計(jì)算它們的灰度平均值μ_y2：

μy1=1MNΣm=0M-1Σn=0N-1(yA[m][n]+yB[m][n]),]]>

μy2=1MNΣm=0M-1Σn=0N-1(yC[m][n]+yD[m][n]),]]>

其中，M、N分別為每組圖像的行像素?cái)?shù)和列像素?cái)?shù)，m、n分別為行、列像素的坐標(biāo)號，其范圍分別為0到M-1和0到N-1；

(10)對于每一個(gè)積分時(shí)間，分別計(jì)算第1組的2張圖像y^A、y^B的時(shí)域方差和第2組的2張圖像y^C、y^D的時(shí)域方差

σy12=12NMΣm=0M-1Σn=0N-1(yA[m][n]-yB[m][n])2,]]>

σy22=12NMΣm=0M-1Σn=0N-1(yC[m][n]-yD[m][n])2]]>

其中，M、N分別為每組圖像的行像素?cái)?shù)和列像素?cái)?shù)，m、n分別為行列像素的坐標(biāo)號，其范圍分別為0到M-1和0到N-1；

(11)根據(jù)步驟(9)和步驟(10)得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算坐標(biāo)的值，共得到X個(gè)坐標(biāo)，對這X個(gè)坐標(biāo)進(jìn)行線性擬合，得到一條直線，該直線的斜率即為CCD芯片和讀出電路總的系統(tǒng)增益K；

(12)根據(jù)步驟(9)中得到的平均灰度值參數(shù)和步驟(11)中得到的系統(tǒng)增益K，計(jì)算CCD芯片的飽和度μ_p.sat：

其中，saidx為時(shí)域方差中最大值的索引，μ_y1[saidx]為第saidx個(gè)積分時(shí)間所對應(yīng)的第1組圖像的灰度平均值，μ_y2[saidx]為第saidx個(gè)積分時(shí)間所對應(yīng)的第2組圖像的灰度平均值，η為CCD芯片對入射光波的量子效率，K為系統(tǒng)增益；

(13)根據(jù)時(shí)域方差和系統(tǒng)增益K計(jì)算CCD芯片和讀出電路的暗噪聲

σd[i]=σy22[i]-σq2/K,i=1,2,3...,X]]>

其中，為讀出電路的量化噪聲方差，時(shí)域方差為積分時(shí)間t_i對應(yīng)的第2組圖像的時(shí)域方差；

(14)對于每一個(gè)積分時(shí)間，計(jì)算CCD芯片的信噪比SNR：

SNR=μy1-μy2σy1]]>

其中表示標(biāo)準(zhǔn)差，為對應(yīng)積分時(shí)間第一組圖像的時(shí)域方差，μ_y1、μ_y2分別代表對應(yīng)積分時(shí)間第1組圖像和第2組圖像的平均灰度值；

(15)取CCD芯片的信噪比SNR＝1，計(jì)算其絕對靈敏度閾值μ_p.min：

μp.min≈1η(σy2K+12)]]>

其中η為CCD芯片對入射光波長的量子效率，K為系統(tǒng)增益，表示標(biāo)準(zhǔn)差，為對應(yīng)積分時(shí)間第2組圖像的時(shí)域方差；

(16)根據(jù)CCD芯片的絕對靈敏度閾值和飽和度，計(jì)算CCD芯片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍DR：

DR=μp.satμ‾p.min]]>

其中，μ_p.min為絕對靈敏度閾值，為X個(gè)μ_p.min值的平均值，X為所選積分時(shí)間的個(gè)數(shù)；

(17)根據(jù)系統(tǒng)增益K、飽和度μ_p.sat參數(shù)計(jì)算CCD芯片的非線性度誤差LE：

(17a)對于每一個(gè)積分時(shí)間t_i，i∈1，2，...，X，分別對應(yīng)有一個(gè)灰度平均值μ_y1[i]，一個(gè)灰度平均值μ_y2[i]和入射光輻照度H[i]，其中[i]表示第i個(gè)積分時(shí)間所對應(yīng)的物理量，根據(jù)X個(gè)(μ_y1[i]，H[i])坐標(biāo)得到擬合直線方程Y：

Y＝a₀+a₁H

其中a₀為擬合直線的截距，a₁為擬合直線的斜率，Y表示灰度值，H表示輻照度；

(17b)計(jì)算坐標(biāo)點(diǎn)(μ_y1[i]，H[i])與擬合直線Y上對應(yīng)點(diǎn)的偏差δ_y[i]：

δy[i]=100(μy1[i]-μy2[i])-(a0+a1H[i])0.9(μy.sat-μy2[i])]]>

其中，μ_y.sat＝Kημ_p.sat，K為系統(tǒng)增益，η為CCD芯片對入射光波長的量子效率；

(17c)選出偏差(δ_y[1]，δ_y[2]，...，δ_y[X])中的最大值和最小值，分別記為max(δ_y)和min(δ_y)，通過最大值和最小值計(jì)算CCD芯片的非線性誤差LE：

LE=max(δy)-min(δy)2.]]>