專利名稱：測量ccd芯片靈敏度、線性度和暗噪聲相關(guān)參數(shù)的方法
測量CCD芯片靈敏度、線性度和暗噪聲相關(guān)參數(shù)的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及CCD芯片靈敏度、線性度和噪聲相關(guān)參數(shù)的測量，用于CCD芯片的研制、評(píng)估及篩選。
背景技術(shù)：
在CXD芯片的研制和應(yīng)用當(dāng)中，由于加工和測量技術(shù)的限制，導(dǎo)致CXD芯片的實(shí)際量子效率與響應(yīng)度參數(shù)和廠商給出的測量值具有一定的差異，而在一些關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，需要定量了解CCD芯片的實(shí)際性能參數(shù)，從而對(duì)采集到得數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的校正，得到更好更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。因此，有必要提出一種方法來有效的測量CCD芯片的靈敏度、線性度和噪聲相關(guān)參數(shù)，通過這些性能參數(shù)，對(duì)CCD輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到更切合實(shí)際的數(shù)據(jù)。
目前國內(nèi)對(duì)CCD芯片的上述性能參數(shù)一般僅測量其中特定的一種參數(shù)，導(dǎo)致無法對(duì)CCD芯片的性能做全面評(píng)估，且大多數(shù)采用白熾燈作為照明光源，導(dǎo)致其中與光譜相關(guān)的參量無法準(zhǔn)確表示，只能采用平均值的方式來計(jì)算，這在很大程度上降低了參數(shù)測量的準(zhǔn)確性，而且目前的測量方法一般將CXD芯片放置在常溫環(huán)境下進(jìn)行測量，沒有對(duì)CXD芯片工作的環(huán)境溫度進(jìn)行考慮，導(dǎo)致測量的參數(shù)與CCD芯片處于特定工作環(huán)境下時(shí)的實(shí)際參數(shù)有一定差異。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種測量CCD芯片靈敏度、線性度和噪聲相關(guān)參數(shù)的方法，通過使用單色光照明，篩選采集到的原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CCD芯片靈敏度、線性度和暗噪聲方面的性能參數(shù)的全面測量，并提高測量精度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下技術(shù)方案
((1)將待測CXD芯片放置在開有入射窗的杜瓦瓶溫控室當(dāng)中，并將CXD芯片與控制電路對(duì)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CXD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CXD芯片自帶的電子快門調(diào)整CXD芯片的積分時(shí)間，控制CXD 芯片的曝光量；
(5)以CXD芯片量子效率最大對(duì)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)CXD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CXD 芯片處在一個(gè)80Κ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. . .，tx)調(diào)節(jié)CXD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(duì)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(duì)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(duì)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yA和yB計(jì)算這兩張圖像總的灰度平均值μ yl，根據(jù)第2組的2張圖像Ic和yD計(jì)算它們的灰度平均值μ y2
權(quán)利要求
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CXD芯片放置在開有入射窗的杜瓦瓶溫控室當(dāng)中，并將CXD芯片與控制電路對(duì)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CXD芯片自帶的電子快門調(diào)整CXD芯片的積分時(shí)間，控制CXD芯片的曝光量；(5)以C⑶芯片量子效率最大對(duì)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. . .，tx)調(diào)節(jié)CXD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(duì)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(duì)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(duì)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yA和yB計(jì)算這兩張圖像總的灰度平均值μ yl，根據(jù)第2組的2張圖像 Yc和yD計(jì)算它們的灰度平均值μ y2 1 M-I N-IΓ 1Γ Γ 1Γ /ν = ^ΣΣ( ΜΗ + Μ[4，皿、/ff = 0 n = Q1 M-I N-IΓ 1Γ Γ 1Γ ^2 =Σ Σ ^WW+ ^WW'壓 Zff = O /3 = 0其中，Μ、Ν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(hào)，其范圍分別為0到M-I和0到N-I ；(10)對(duì)于每一個(gè)積分時(shí)間，分別計(jì)算第1組的2張圖像yk、yB的時(shí)域方差σ么和第2組的2張圖像f、yD的時(shí)域方差1 M-IN-IZ7VM m=0 n=0 I M-IN-I ,ZYVM m=0 η=0其中，Μ、N分別為每組圖像的行像素?cái)?shù)和列像素?cái)?shù)，m、η分別為行列像素的坐標(biāo)號(hào)，其范圍分別為0到M-I和0到N-I ；(11)根據(jù)步驟(9)和步驟(10)得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算坐標(biāo)( -/Zy2，《2)的值，共得到X個(gè)坐標(biāo)，對(duì)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 CXD芯片的飽和度yp.sat
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其中步驟(4)所述的通過快門裝置調(diào)整CCD芯片的積分時(shí)間，是將獨(dú)立的快門裝置放置在杜瓦平瓶溫控室之前或光路中的其它位置，將它的控制接口與控制電路相連，在拍攝時(shí)，首先控制快門裝置打開，然后控制電路進(jìn)行計(jì)時(shí)， 當(dāng)?shù)竭_(dá)指定的積分時(shí)間后，控制快門關(guān)閉，最后控制電路從CCD芯片中讀出圖像信息上傳至計(jì)算機(jī)當(dāng)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其中步驟(4)所述的通過CCD芯片自帶的電子快門調(diào)整CCD芯片的積分時(shí)間，是指CCD芯片本身電子快門滿足測量要求，控制電路直接控制該電子快門實(shí)現(xiàn)積分時(shí)間的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量CCD芯片靈敏度、線性度和暗噪聲相關(guān)參數(shù)的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)測量精確度低和測量參數(shù)不全面的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟為選取CCD芯片量子效率最大所對(duì)應(yīng)的波長η，設(shè)置波長可調(diào)單色均勻光源系統(tǒng)，產(chǎn)生波長為η的單色光；然后選取一系列積分時(shí)間，以這些積分時(shí)間作為參數(shù)控制CCD芯片拍攝圖像信息上傳至計(jì)算機(jī)；通過相應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件選擇出所需圖像，根據(jù)這些圖像信息計(jì)算出圖像的平均灰度值μ、時(shí)域方差σ2及系統(tǒng)增益K；最后由前面所得參數(shù)計(jì)算飽和度μp.sat、信噪比SNR、絕對(duì)靈敏度閾值μp.min、動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍DR和非線性度誤差LE。本發(fā)明具有參數(shù)測量精度高、穩(wěn)定性好和測量參數(shù)全面的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/28GK102508147SQ201110329969
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者喬林, 劉飛, 徐大庸, 王楊, 許宏濤, 邵曉鵬, 鐘宬, 靳振華, 馬菁汀 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)