高速数字化三维集成式CCD-CMOS图像传感器

为了解决CCD与CMOS工艺兼容性低、互连集成制作难度大,以及芯片间接口匹配和高性能兼备等问题,对CCD器件拓扑结构与像元、CMOS读出电路、三维异质互连集成及高密度引脚封装等技术进行研究,提出了一种1024×256阵列规模的集成式CCD-CMOS图像传感器。该器件实现了CCD信号的高精度数字化处理、高速输出及多芯粒的技术融合,填补了国内CCDCMOS三维集成技术空白。测试结果表明:集成CCD-CMOS器件的光响应和成像功能正常,双边成像效果良好,图像无黑条和坏列,互连连通率(99.9%)满足三维集成要求,实现了集成式探测器件的大满阱高灵敏度成像(满阱电子数达165.28ke^(-)、峰值量子效率达86.1%)、高精度数字化(12bit)和高速输出(行频率达100.85kHz),满足集成化、数字化、小型化的多光谱探测成像系统要求。

基于CCD的激光熔覆熔池平滑度在线监测系统研究

由于激光熔覆过程高温高亮,无法实时准确判断熔覆效果。使用CCD相机结合平滑度监测算法,对不同功率下的熔池形貌进行监测,验证算法性能,判断熔覆效果,同时尝试叶片修复。结果表明:激光功率过大或者扫描速度过慢,均会导致熔池边缘平滑度较差,进而认为熔覆参数不合适;为防止熔坏基材,可根据监测效果及时停机;发现激光功率与熔池边缘平滑度呈负相关。

基于响应面法中BBD法和CCD法的丙烷回收参数优化对比

为优化丙烷回收工艺运行参数,以丙烷回收率和单位综合能耗为响应值,采用响应曲面法中的Box-Behnken设计(BBD)和中心复合设计(central composite design, CCD)试验优化工艺参数,从方差分析、帕累托图分析、响应面分析和优化结果 4个方面优选最佳试验方法。结果显示,CCD法建立的二次响应回归模型的显著性优于BBD法,且CCD法响应曲面分析参数交互作用的显著性结果与方差分析一致。CCD法优化得到的最佳工艺如下:脱乙烷塔压力为3 250 kPa,低温分离器温度为-55.6℃,液相回流比为98%,丙烷回收率为98.1%,单位综合能耗为114.1 kgce/10~4 m3(1 kgce=29.307 6 MJ)。在最优工艺参数条件下,丙烷回收率增加了4.36%,产品收益达到3.548万元/d,且预测误差均小于0.2%。

质子辐照诱发CCD片上放大器单管性能退化实验与仿真研究

辐照诱发电荷耦合器件(CCD)图像传感器性能退化与CCD片上放大器中的金属氧化物半导体(MOS)管性能退化密切相关。本文以国产CCD片上放大器中的MOS管为研究对象,开展了3种不同注量的质子辐照实验,测试了辐照前后性能参数的退化规律。采用SENTAURUS TCAD软件建立了CCD片上放大器中MOS管的工艺模型,在SiO2层引入固定正电荷,在Si/SiO2界面处引入界面态进行了辐射效应仿真模拟,仿真结果与辐照实验测试结果吻合较好。结合辐照实验和仿真模拟结果,对CCD片上放大器中MOS管的质子辐照损伤效应进行了深入分析,结果表明:阈值电压与饱和输出电流等辐照特性参数的变化主要由辐射感生氧化层陷阱电荷和界面态导致,辐照感生陷阱电荷量与质子辐照注量大小相关,辐照注量越大特性参数变化越大。最后开展了室温退火测试,测试结果表明:随着退火时间的延长,阈值电压与饱和电流出现一定程度的恢复。

一种针对大像元CCD的电荷累积方法研究

提出了一种针对大像元CCD的电荷累积的方法,包括器件内垂直和水平方向像元结构细分与电荷包求和,以及驱动时序上的多相非等分驱动。其特点在于,通过时序与CCD图传感器结构的配合,实现了大电荷量在图像传感器内累积的功能,大幅提高了模拟信号动态。再将此方法应用到一款210μm×210μm的大像元CCD器件上,以此方法为架构搭建硬件电路并进行软件设计,通过采集成像和参数测试对方法效果进行验证。测试结果表明,在不损失转移效率的情况下,实现了CCD内信号累积和模拟输出的CDS采集成像,提高了满阱容量和动态范围。

基于行过扫数据降低大面阵CCD图像噪声算法研究

针对全帧转移大面阵电荷耦合器件(CCD)多帧图像数据随时间漂移的现象和测试电路引入的噪声,导致无法准确评估CCD器件的参数,文章提出一种基于行过扫数据校正算法。行有效像元数据与对应行垂直过扫数据同时输出,通过有效像元数据减去垂直过扫数据均值,对图像数据漂移的现象进行抑制。测试电路中模拟模块与数字模块同时作用于单行有效像元数据与垂直过扫数据,通过有效像元数据减去垂直过扫数据均值,消除测试电路引入的噪声。实验结果表明,经过该算法校正后的器件读出噪声减小了20%,暗场差值图像中超过15e^(-)和25e^(-)的比例减小了25%。该算法适用于大面阵CCD器件,可校正测试系统引入的测试误差,提高全帧转移大面阵CCD器件测试效率。

基于CCD-RSM联用D-最优混料设计优化抗下肢静脉血栓颗粒制剂工艺的研究

目的 采用星点设计-效应面法(CCD-RSM)联用D-最优混料设计,优化抗下肢静脉血栓颗粒的制剂工艺。方法 以溶媒用量、煎煮时间为主要考察因素,以有效成分丹酚酸B和多糖含量及干膏收率的总评归一值(OD)为评价指标,采用CCD-RSM确定最佳提取工艺;以颗粒吸湿率为评价指标,结合溶化性、成型率、休止角等,利用D-最优混料设计优选最佳成型工艺。结果 最佳提取工艺:采用8倍量水提取2次,每次100 min。成型工艺为浸膏与辅料比例1:2,辅料间比例为可溶性淀粉:糊精:蔗糖=0.452:0.518:0.030。结论 优选的制剂工艺条件稳定、可行,可为抗下肢静脉血栓颗粒的生产提供依据。

偏振-微光一体化EMCCD相机的设计与开发

多维度的信息获取是微光夜视探测技术未来的发展方向,偏振成像是光电探测领域中的一种维度,偏振相机的研制是研究偏振成像技术的前提。基于集成偏振阵列结构的电子倍增CCD(electron multiplying CCD, EMCCD)器件,集合EMCCD微光探测的优势和偏振维度的探测功能,论述了偏振-微光一体化相机的硬件电路设计和开发方案,完成偏振维度信息与光强度信息一机同步采集作业,并通过FPGA对原始数据进行偏振运算与图像传输处理。搭建测试系统,对设计与开发的偏振样机进行性能测试。实验结果表明,在温度273 K、读出频率2 MHz条件下,器件的读出噪声为8.81e-,动态范围约为74 dB,样机的消光比可达50.95,透过率可达60.16%,并可实时地选择性输出偏振度图像、偏振角图像、光强度与偏振融合图像,极大地提高了夜间环境下对目标的识别探测能力。

高光谱紫外辐照度仪CCD电路系统的设计及测试

为了在地面获得高信噪比的太阳直射紫外光谱辐照度,选用紫外敏感型线阵CCD探测器,研发了高光谱紫外辐照度仪原理样机。设计了CCD电路系统,讨论了电源电路、驱动电路、模拟前端电路以及CCD驱动时序的工作原理与设计方法,并在实验室利用标准灯光源测试了CCD电路系统的非线性和信噪比。结果表明,在340 nm波段下,CCD探测器接收信号约为饱和信号的80%时,系统信噪比超过400。最终,将测试好的CCD电路系统与光机模块装调并进行了波长定标,光谱范围覆盖280~400 nm,实现了对室内光源的紫外高光谱测量,验证了CCD电路系统设计的合理性和可行性。

产CCDs酿酒酵母菌株的构建及应用研究

类胡萝卜素双加氧裂解酶(Carotenoid cleavage dioxygenases,CCDs)可催化类胡萝卜素氧化裂解产生降异戊二烯类香气化合物。本研究利用同源重组技术在酿酒酵母BY4741基因组LPP1位点整合了葡萄VvCCD1基因得到重组菌株QGXH1,并探明了VvCCD1酶催化裂解β-胡萝卜素的最适条件(pH7、温度40℃)及香气化合物产物(β-紫罗兰酮、β-环柠檬醛、二氢猕猴桃内酯等)。以‘霞多丽’葡萄为原料,将菌株QGXH1与酿酒酵母EC1118顺序接种发酵,相比于只接种EC1118,β-紫罗兰酮和β-大马士酮的含量分别提高了125%、60%。本研究为VvCCD 1基因克隆表达提供了参考,为优化葡萄酒品种香气及富含类胡萝卜素的植物资源高值化加工创造了条件。

CCD/EMCCD光电参数测试系统的设计与应用

本文开发了一种用于测量CCD和EMCCD(电子倍增CCD)芯片光电参数的测试系统。该测试系统通过自动模式或手动模式间的切换,测量器件的暗电流、读出放大器的响应度、电荷转移效率、电荷容量和其他参数。该测试系统可以针对不同规格和结构的CCD/EMCCD器件,实现CCD晶圆或封装好的成品的参数测试,实现576×288、640×512、768×576、1024×1024、1280×1024 CCD/EMCCD的测试和筛选。

CCD散射图样法测量粉尘质量浓度影响因素研究

为减小连续在线式电荷耦合器件(charge-coupled device,CCD)传感器相机散射图样法测量粉尘质量浓度相对误差,提高该方法准确性。针对不同入射色光、颗粒粒径、相机传感器感光元件位置以及交互影响因素进行理论研究和实验验证;由于光子具有随机粒子统计特性,所以对测量数据进行独立样本T检验以及基于单因素验方分析的均值差异检验。研究结果表明:大粒径颗粒测量质量浓度偏低、曲线平滑,小粒径颗粒测量由于具有“双峰”现象,所以质量浓度曲线会有波动;为减小测量相对误差,应在不改变相机传感器位置前提下尽量选择红色线激光入射。研究结果可为粉尘质量浓度光学测量装置的改进和校准提供参考。

基于PB+CCD设计法在PFC 3D数值模型细观参数标定

采用离散单元法分析岩石物理力学特性时,为了使数值模拟的宏观参数满足分析要求,需对细观参数进行参数标定。首先以单轴压缩和巴西劈裂试验的颗粒流模型模拟物理试验,利用PB(Plackett-Burman)设计方法筛选出对宏观力学参数影响最为显著的细观参数,得到细观参数与宏观力学参数的线性关系式。然后以此为基础采用中心组合设计(CCD设计)方法得出细观参数对宏观力学参数的响应性效果,以及细观参数与宏观参数的非线性关系式,并联立线性与非线性关系式进行多目标规划问题求解。最后基于室内试验结果进行多目标规划问题求解,验证数值模拟结果的准确性。结果表明:细观参数平行黏结黏聚力c和平行黏结抗拉强度σ_(t)对岩石单轴抗压强度与抗拉强度影响最为显著,皆呈现正相关关系;平行黏结模量E_(c)和平行黏结刚度比k_(n)/k_(s)对岩石弹性模量影响最为显著,E_(c)对岩石弹性模量呈现正相关关系,而k_(n)/k_(s)呈现负相关关系;k_(n)/k_(s)对岩石泊松比影响最为显著,呈现正相关关系。

连续激光辐照面阵CCD串扰现象时空分布特性

研究了532 nm连续激光辐照面阵CCD串扰现象的时空分布特性。以CCD垂直传输沟道的最上游、中游、最下游三个部位作为典型辐照部位。研究结果表明,激光辐照CCD垂直沟道方向上不同位置,不会影响主光斑出现的时序,只要连续激光开始辐照时刻或结束辐照时刻在读出转移动作之前,主体信号电荷将形成干扰图像中的主光斑;但辐照部位对串扰线的时空分布具有重要影响。串扰线长度和空间分布位置,在激光结束辐照于读出转移时刻之前时,与携带溢出电荷的垂直传输势在读出转移时刻到达的位置有关;在激光结束辐照于读出转移时刻之后时,与获得溢出电荷的垂直传输势阱对应的绑定像素位置有关。研究结果进一步完善了连续激光对面阵CCD成像器件的干扰效应研究。

一种基于CCD的卷绕机对齐度测量补偿方法

采用CCD实现电芯对齐度检测,设计了一种动态补偿的方法,解决了卷绕机电芯生产过程中因为电芯多层卷绕厚度变化,导致图像成像解析度变化测量结果产生偏差的问题。通过实际验证,结果表明该方法能够有效地提升CCD测量结果同三次元的相关性,将GRR提升到10%以内。

基于线阵CCD的折射率和浓度测量装置

本文提出了一种结合激光器和线阵CCD的折射率测量方法,利用光线穿过平行板介质时产生横向位移的特性,实现对透明介质折射率和浓度的高效、准确测量。装置采用红色点状激光器作为稳定光源,并通过衰减片削弱光强,利用旋转平台精确调整入射角,最后用线阵CCD传感器捕捉光斑位置变化,再录入Matlab程序中,实现对介质折射率以及透明液体浓度的实时测量。

基于CCD图像处理的智能车系统设计

随着科技革命和产业变革的蓬勃发展,汽车智能化成为一种发展趋势。其中,道路自动识别是汽车智能化的重要特征,是当前的研究热点。基于此,以TSL1401型CCD和STC16F40K128单片机为目标系统,将图像数据处理技术应用于四轮小车的寻迹行驶,并以一套模拟道路验证系统的道路自动识别和轨迹引导功能。实验结果表明,四轮小车能够识别环岛、十字路口、三角路口等情况,识别结果能够引导小车快速运行。

纳秒脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属液-固相变时间特性研究

从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线,获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明,随着入射激光脉冲峰值功率增加,激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高,铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟,且液-固相变时间长度增加;随激光入射角度的增大,铝层表面的最高温度逐渐降低,液-固相变起始时刻不断前移,而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明,激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响,对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。

激光入射角度对CCD探测器损伤特性的影响

开展了激光入射角度对高重频纳秒激光诱导CCD探测器损伤特性研究。通过傅里叶热传导方程理论计算了CCD探测器表面的温升曲线,发现随着激光入射角度变大,激光辐照区域中心点位置的最高温度逐渐降低,且液-固相变凝固时间缩短,降低了CCD探测器的损伤可能。实验结果表明,随着入射激光功率的增加,激光诱导CCD探测器表面损伤形貌的横向尺寸和纵向尺寸都逐渐变大。随着激光入射角度变大,激光诱导CCD探测器形貌损伤面积增大,并且形貌损伤阈值增加。这是由于激光入射角度增大导致了CCD探测器表面辐照的激光光斑面积变大,使探测器表面的激光功率密度降低,从而造成CCD探测器的激光损伤阈值增大。

南京大学65 cm反射式望远镜CCD相机的性能研究

2021年6月,使用南京大学本科实验教学的65 cm反射式望远镜系统,对其后端的电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)的性能采用圆顶平场法进行了实际测定,得到了CCD相机的快门函数;同时用平场序列曝光,检测了CCD相机的线性。CCD相机的读出值从0到61900模数转换单位(Analog-Digital Unit,ADU)非线性小于1%,同时CCD相机的增益为1.02e^(-)/adu,读出噪音为13e^(-)。但对于恒星这样的点光源的观测,当像元的数值高于38000 adu时产生溢出。因此,在使用本CCD相机做点光源观测研究时,需要选择恰当的曝光时间,避免星像溢出。实际天文观测中,利用此研究得到的快门函数可以对观测图像进行校准,有效提高测光精度。