[發明專利]一種光譜成像CCD的PRNU評價方法及存儲介質

在審

• 申請號: 202210086762.2
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114485938A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 常振;趙欣;王煜;黃書華;司福祺
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 苗娟

本發明的一種光譜成像CCD的PRNU評價方法及存儲介質，其中方法包括首先獲取CCD某個位置、某個光強下的光斑在時間序列上L幅光斑圖像，然后進行平均處理獲取平均圖像；然后對平均圖像中的光斑進行二維擬合，獲取每個像素點的擬合數值；再通過評價公式進行處理，獲取PRNU因子；通過調整位置和切換光源波長獲取CCD不同位置、不同光譜通道的PRNU評價。本發明的光譜成像CCD的PRNU評價方法，針對采用非平場光源進行PRNU測試的場合，提出了一種PRNU評價方法，可方便、清晰地表征CCD的PRNU特性，為研究高光譜探測器的PRNU長期使用過程中的PRNU衰減等情況提供便利。

技術領域

本發明涉及光譜成像CCD技術領域，具體涉及一種光譜成像CCD的PRNU評價方法及存儲介質。

背景技術

目前通用的面陣成像探測器(CCD/CMOS)的像元響應非均勻性(PRUN)的描述方法是基于平場光源獲取的平場圖像，將該圖像所有非缺陷像元的標準差除以平均值作為PRNU參數。

在高光譜領域，探測獲取的是光譜信息，即同時獲取光譜維和空間維信息。以CCD每行獲取光譜信息為例，不同行則獲取的是不同空間維點的光譜信息。每列則為不同光譜通道的數據。由于CCD在不同波段的光照條件下的PRNU結果并不相同，為了研究探測器不同光譜通道的PRNU，須要對每個光譜通道進行單獨測試。采用單波長的橢圓光斑作為光源可以實現CCD不同光譜通道的PRNU校正。由于橢圓光斑并非平場光源，因此無法采用通用的PRUN描述方法進行PRNU評價。為此，設計了一種針對非平場光源的PRUN評價方法，用于評價CCD在特定光譜通道的PRNU特性。

以下介紹下相關技術：

(一)PRNU(Photo Response Non-Uniformity)

對于面陣CCD/CMOS成像系統，由于像元制造過程中每個像元面積的差異及像元硅材料厚度的差異將會帶來像元響應的非一致性。在可見光區域，CCD的PRNU效應受波長影響較弱，目前通用的校正方法是平場光源校正法，即使用積分球或漫反射板作為平場光源照射CCD焦面，再對獲取的圖像數據進行處理得出校正系數。這是一種波段無關的PRNU校正方法，不能反映成像光譜儀不同波段的PRNU特性，尤CCD在紫外波段的PRNU較為明顯，對于包含紫外波段的成像光譜儀這一方法更顯局限性。另，由于積分球和漫反射板均不是理想平場，二者都會引入額外的光學結構，從而影響校正準確性。在紫外光波段，CCD的PRNU效應對波長較為敏感，使得CCD不同波長譜段的PRNU參數變化較大，因此需要對不同波段進PRNU校正。平場光源校驗法無法在CCD特定行或列進行特定紫外譜段校正。

(二)PRNU評價方法

a)CCD像素響應之間的非均勻性，即PRNU描述的是CCD像素與像素之間響應值的偏差，類似統計學中的方差。方差表征的是樣本值與期望值的偏離程度。方差越大，樣本值與期望值的偏離程度越大，表明樣本越不穩定。如果用均勻光照射CCD，則可將所有有效像元作為統計樣本，計算標準差與平均值的比值作為PRNU因子。基于橢圓光斑方法的測試系統，由于光斑為非均勻光，因此無法使用這一計算方法。

b)通常的PRNU評價方法

使用CCD成像系統獲取圖像，包含時間維噪聲和空間維噪聲。前者圖像中的每個像素值在時間序列上的波動，這種噪聲主要來自散粒噪聲、熱噪聲和電路噪聲；后者是指單幅平場圖像在不同位置處的波動，即固定模式噪聲，也可直接當做PRNU。因此，求取PRNU即求取圖像空間維噪聲的過程。將獲取的圖像進行時間維平均即可消除時間維噪聲，獲取的平均平場圖像中的空間維噪聲，即為PRNU。另外為了去除DSNU(Dark Signal Non-Uniformity)的影響，可通過獲取暗背景平均圖像進行去除。根據EMVA標準，可使用達到探測器滿量程50％的平場圖像，進行PRNU評價，計算方法如下：