[發明專利]CCD的電子倍增增益測量標定方法

有效

• 申請號: 202010164734.9
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111256958B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 何達;張建華;易學東
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 重慶樂泰知識產權代理事務所(普通合伙) 50221
• 代理人: 劉佳

本發明公開了一種CCD的電子倍增增益測量標定方法，先在初始倍增電壓和最終倍增電壓之間選擇(n?1)個中間電壓將最終倍增電壓分為n段，再依次對各段的電子倍增增益進行測量標定，確保每段的電子倍增增益測量標定時，CCD的輸出信號均處于放大器及預處理電路的線性區；最后將各段的電子倍增增益相乘得到總電子倍增增益。本發明中，將整體電子倍增增益等效為幾個較小的分段電子倍增增益的測量，使CCD的輸出信號始終處于放大器的線性區，遠大于放大器及電路噪聲，從而消除非線性及噪聲對測量精度的影響；分段電子倍增增益的測量采用直接計算圖像平均灰度的方式實現，不受垂直及水平消影區的影響，具有較高的測量精度及可操作性。

技術領域

本發明涉及微光成像領域，特別涉及一種CCD的電子倍增增益測量標定方法。

背景技術

電荷耦合器件(Charge Couple Device,簡稱CCD)是20世紀90年代后發展起來的一種微光成像器件，該器件可通過倍增寄存器加高壓脈沖對信號進行倍增，以實現微光成像，CCD倍增技術又稱“片上增益”技術，可實現增益達1000倍以上。其倍增增益倍數受倍增脈沖電壓幅度控制，倍增電壓定標及倍增倍數測試是CCD工程應用及參數評價的重要手段，常用的測試方法有兩種。

方法一：電壓直接測量法，首先記錄CCD在沒有光信號輸入，倍增增益為1時暗場灰度Y_0MIN，再記錄光信號輸入量為M時，倍增增益為1時的圖像灰度Y₁；然后記錄沒有光信號輸入，有電子倍增增益條件下的暗場灰度Y_0MAX，以及光信號輸入量為M，相同電子倍增增益時圖像亮度Y₂，利用公式：計算出倍增增益。CCD放大器及處理電路存在非線性，在信號過大或過小時圖像亮度不能準確反映信號大小，為實現高倍增增益的測試、防止高增益下CCD輸出飽和，未倍增前CCD輸出信號應比較低、此時放大器及處理電路噪聲與信號相比不可忽略，測試誤差較大；例如，為實現1000倍倍增增益，需要測量倍增電壓未開啟時輸出電壓V1，假設約為0.91000V_飽和，增加倍增電壓到1000倍倍增增益，測量測試輸出電壓V2，假設輸出約為9001000V_飽和，增益等于V2÷V1。此時，V1和V2不處于放大器和外圍電路的線性放大區，且V1信號太小，受噪聲影響較大，對測試精度有較大影響。

方法二：基于平均電子數測量的電荷耦合器件電子倍增增益測試方法，采用納安表直接測量電荷耦合器件復位柵極上的微弱電流的方法測量其電子增益倍數，避免了電荷耦合器件讀出放大器和后續預處理電路的非線性及這些部分所產生的噪聲對測量結果的影響。該方法通過有效像素比及復位柵極微弱電流信號計算有效像素對應的電子數來計算倍增增益，在實際使用中，受水平及垂直消影區影響，CCD在輸出有效信號過程中會間歇性輸出無效信號，使得復位柵極電流不連續，這樣流過納安表的讀數實際上是有可能存在跳動的，不能保持在一個恒定值，納安表讀數容易出現跳動、存在讀數不準問題，進而影響測試精度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供了一種采用分段測量標定的CCD的電子倍增增益測量標定方法。

本發明的技術方案如下：

一種CCD的電子倍增增益測量標定方法，包括以下步驟：

在初始倍增電壓V₀和最終倍增電壓V_n之間從小到大依次選擇(n-1)個中間電壓V₁、V₂、…、V_i、…、V_n-1，將最終倍增電壓V_n分為n段進行測量標定，其中，初始倍增電壓V₀為CCD的倍增增益為1時的電壓值，最終倍增電壓V_n為需要標定及測試電子倍增增益的電壓值；