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电荷转换因子通用测试方法研究

通过分析电荷耦合器件(CCD)图像传感器光电转换、电荷转移、电荷输出的工作原理,提出了一种通用高效的电荷转换因子(CVF)测试方法。该方法采用在CCD感光区域施加直流偏压,水平区施加连续转移的驱动时序的方式,使CCD光敏区以电荷溢出方式往水平区转移电荷,水平区以固定频率不间断转移输出电荷包,从而让CCD输出强度恒定的响应信号;然后通过复位漏电流与输出信号强度的对应关系计算出CCD器件的CVF值。根据该方法的原理设计了一种适应各种CCD器件的通用测试装置,并对多款CCD进行测试验证。结果表明,该方法有效提高了CCD电荷转换因子的测试效率、测试精度和稳定性。

基于CCD成像的油管螺纹参数自动化检测技术

针对现有油管螺纹人工检测效率低的问题,提出将CCD视觉成像技术应用于油管螺纹参数检测中。搭建了螺纹检测所需的成像系统,对成像光学器件进行了选型;根据检测标准要求建立了螺纹参数提取算法,开发了参数提取程序与结果显示的人机界面;研制了检测装置样机,对27/8与31/2油管进行了现场试验。结果表明:基于CCD成像技术的油管螺纹检测技术可获得较高质量的螺纹图像,实现螺纹螺距、齿高与锥度的提取与自动化检测,检测效率与精度高,满足现场油管螺纹自动化检测的要求。

紫外成像光谱仪焦面CCD散热设计及验证

为保证空间紫外成像光谱仪焦面电荷耦合器件(CCD)在低温环境下的工作性能,需对焦面CCD进行散热设计。首先,根据焦面CCD的热耗、工作模式及温度要求,提出以高性能柔性石墨导热索为主要措施的散热设计方案,建立热仿真模型并进行热分析。然后,在真空环境下进行焦面CCD热平衡试验,结果显示:柔性导热索的CCD连接端与热管连接端温差仅为2.3℃,以此推算出导热索自身热阻为0.65℃/W,满足热阻小于1℃/W的指标要求,具有良好的导热性能;焦面CCD在长期工作模式下的温度为-21.4℃,满足低于-20℃的工作温度要求。仿真分析和试验结果基本一致,表明采用柔性石墨导热索结合热管的焦面CCD散热设计方案合理可行。

大视场空间相机CCD性能测试及筛选方法

空间相机使用CCD拼接技术组成长焦平面,可有效地增加空间相机的视场和幅宽。拼接CCD之间的性能差异会影响空间相机的成像质量,为了在大视场空间相机研制时挑选高性能且性能一致的CCD,提出了一种大视场空间相机CCD性能测试与筛选方法。首先,介绍了CCD的成像电路设计、以及CCD光谱特性和辐射特性的测试方法。然后,介绍了CCD的筛选流程,第一步是从各CCD裸片的几何特性、信噪比、相对光谱响应、响应非均匀性、非线性、暗电流以及动态范围等角度进行筛选,将不满足指标的CCD剔除,第二步是依据辐射响应一致性筛选出满足要求的CCD,通过数据分析比较得出饱和辐照度筛选法优于响应度筛选法。最后,采用饱和辐照度筛选法从10片CCD中筛选出饱和辐照度一致性最好的4片CCD,饱和辐照度相对偏差为0.23%,该组CCD已经被应用于某大视场空间相机的研制,并获得了良好的效果。

基于DSP的线阵CCD实时测量系统设计

在工业生产中,产品质量的监测与控制是非常重要的环节,传统方法都是用外部设备将测量数据采集之后传送至计算机,这种方法对计算机接口要求较高,有时在生产线环境下不适于使用计算机。为了实现非接触在线测量,设计了本系统。本文介绍了这种以CPLD为中心控制器,以DSP为信号处理器的线阵CCD在线测量系统。讲述了CCD信号的产生、存储、传输、采集与处理过程,以TMS320F206为例,介绍了DSP在本系统中的应用,从实际应用的角度介绍了整个系统的开发思想。最后讨论了本系统的实用性。

CCD相机读出噪声、电荷转移效率的测试和归算的改进方法

简单地介绍了CCD相机的读出噪声、电荷转移效率(CTE)的常用测试和归算方法,指出了其中的不足之处。在此基础上,提出了改进的噪声和CTE的测试和归算方法。也就是,读出噪声的测量以过扫描区的方差为基础来进行。而在CTE的归算时,先采用人-机交互方式确定一条适当的初始转移直线(X射线的单像元事件线)和相应的区间,在此区间中进行的第一次线性拟合得到一条较准确的转移直线,以后根据前一次的结果自动选取区间并进行线性拟合。以此方式就可以归算出较为精确的CTE数据。

空间相机大功率CCD器件的热设计与热试验

对空间相机大功率CCD器件进行了热设计以解决其散热问题,为了验证热设计的合理性进行了CCD焦面组件的热试验。首先,介绍了以传导为主要散热措施的CCD器件热设计方案,CCD器件的热量主要通过热管传递到冷源;然后,针对整个焦面组件进行了试验规划,特别对模拟冷板进行了专门设计;最后,在真空环境下进行了综合试验。试验结果显示,功耗为10W的CCD器件连续工作70min,在12℃冷源的情况下,能够控制焦平面器件的温度<35℃。该试验验证了CCD焦面组件热设计的合理性,并为焦面组件热分析计算模型修正提供了依据。

矩形光栅法测量CCD调制传递函数的研究

比较了电荷耦合器件(CCD)调制传递函数(MTF)的多种测试方法,叙述了矩形光栅法测量CCD调制传递函数的原理,编写了测试软件,成功实现了CCD MTF的测试。

CCD相机电子学增益测试方法研究

CCD相机电子学增益是相机的核心指标之一,用于评价相机电子学设计水平,对其进行客观准确的测试至关重要。基于CCD相机的信号传递机理建立了电子学增益传递模型,推导出了图像信号SDN和图像噪声σDN的线性关系,并绘制了光子传递曲线,基于此设计了一种CCD相机电子学增益测试方法,并利用该方法对某型号空间相机进行了测试,最终通过信噪比比对测试验证了测试结果的准确性。该方法具有简洁直观、客观准确、可操作性强等优点,现阶段已成功应用于空间CCD相机测试,效果良好。

CCD相机自动测试技术研究

建立了一个CCD相机自动测试模型,对CCD相机根据应用需求进行自动测试。根据应用环境分析了CCD相机的6个主要的影响因子,并分类为可用影响因子和可靠性影响因子;针对不同影响因子的特点,提出了具体的测试方法和算法,并建立了影响因子评价函数;根据因子评价函数,通过加权的方式建立了CCD相机的综合评价函数;模型还给出了CCD相机自动测试框架。实验结果表明,CCD相机自动测试技术能够有效减少测试时间,提高测试效率,降低测试复杂度,对CCD相机的测评更加全面和可信。

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜科学级CCD相机低噪声设计和检测

结合实际测试结果,介绍了大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)低色散光谱仪所使用的科学级CCD相机的系统设计与检测技术。LAMOST科学级CCD相机系统由大面阵CCD芯片、相机头、制冷系统、控制器及其软件组成,其CCD控制器的设计实现低噪声、多路图像读出、像素合并及陷阱测试等功能,满足LAMOST工程的设计要求。介绍了科学级CCD相机增益、读出噪声、暗电流,满阱等指标的测试方法,该技术方法适用于其它领域同类型科学级CCD相机的研制和检测。

用面阵CCD实时检测运动带钢表面孔洞

提出了在高速ＤＳＰ系统中实时识别孔洞的硬件构成以及孔洞检测的算法。

CCD用于像增强器亮度增益测试的研究

亮度增益作为像增强器的重要参数,表征了对辐射能量的转换特性。针对其测试原理,提出了基于高灵敏度低噪声CCD图像传感器的亮度增益测试方法,在CCD光电响应非线性校正的基础上,设计了亮度增益自动测试系统。测试结果表明:该测试系统自动化程度高、测试数据准确可靠。最后,讨论了影响测试精度的因素。

基于多片空间后方交会的CCD相机检校

近年来,CCD相机逐步应用于近景摄影测量、低空摄影测量。影响摄影测量成果精度的重要因素之一是相机的技术参数,因此相机技术参数的检校是保证成果质量能否满足精度要求的关键问题之一。文中通过单片空间后方交会和多片空间后方交会的比较试验,分别对两种方法实施了精度分析和可靠性分析,总结得出多片空间后方交会是一种更为可靠的CCD相机检校方法,且运用多片空间前方交会方法进一步验证了多片空间后方交会检校成果的可靠性。

CCD器件相对光谱响应测试仪

设计并实现了一种涵盖400～950nm的全自动CCD器件相对光谱响应测试仪。分析了成像器件的相对光谱响应测试原理,采用宽光谱、高灵敏度响应的科学级光纤光谱仪QE65000作为参考探测器,基于单光路直接比较法,构建了CCD器件相对光谱响应测试仪器。该装置可全自动完成CCD器件的相对光谱响应测量,不确定度分析结果表明,该装置对CCD器件开展相对光谱响应测试的最大不确定度为6.21%,满足应用需求,可为CCD等图像传感器甄选、参数性能评价及后续整机测试提供关键数据支撑。

空间TDICCD相机的便携式图像检测设备

空间TDICCD相机的研发过程中多数图像检测设备采用基于采集卡、海量存储器、PC服务器的结构从而限制了其使用环境,不能适应所有的检测任务。对其检测原理、关键技术和实现进行了详细的讨论。进而提出了一种便携式的图像检测设备。该设备的物理尺寸为320 mm×250 mm×100 mm,采用锂电池供电方式最长可工作3 h,本设备功能完善适应了80%的空间TDICCD相机的图像检测任务。

基于MODTRAN模型计算星载CCD相机信噪比

信噪比表征CCD相机的辐射分辨能力,是评价星载CCD相机图像质量的重要参数。传统的相机信噪比计算方法多为构造模型、推导出计算公式、代入器件参数求解,这样的计算没有考虑相机在轨工作的工作环境,结果值较真实值有显著差距。文中利用MODTRAN模型,对相机在轨工作环境的地面与大气的辐射进行了模拟计算,用实测噪声值代替传统的噪声模型进行计算,最大程度地使计算条件符合星载CCD相机实际在轨工作的情况。还综合考虑了不同太阳高度角、地面反射率条件下CCD相机的信噪比变化情况,量化分析了这些客观因素对CCD相机实拍时信噪比可能造成的影响,该分析对选择星载CDD相机拍摄的季节、时辰有参考价值。

电子倍增CCD噪声因子模型及测试方法

基于泊松分布模型推导了电子倍增电荷耦合器件的噪声因子,定量描述了电子倍增电荷耦合器件倍增寄存器的输入输出特性以及在信号倍增过程中引入的额外噪声.通过对采集的均匀照明目标的图像信息进行分析处理,消除了读出噪声、固定图案噪声和本底值对测试结果的影响,减小了测试误差,提高了测试准确度,且无需对芯片镀膜,简化了测试工艺.在理论研究基础上,对Andor公司的Luca相机进行了实验测试.结果表明:当增益大于100时,电子倍增电荷耦合器件的噪声因子为1.414,与传统的二项分布模型一致,验证了本文提出的测试方法的可行性和可靠性.

高灵敏度TDI线阵CCD图像系统研究

对于低照度、高速运动物体等的测量拍摄场合,往往需要高灵敏度的线阵CCD相机。本文介绍了一款高灵敏度的线阵相机的研制方案,相机的线阵CCD芯片采用DALSA公司的IT-F6,它具有96级TDI功能,动态范围3600:1,经试验,灵敏度比一般的线阵CCD相机提高了约20倍,大幅度提高了系统的整体响应水平。在靶场测试中,对距离5米外的7.2mm高速子弹弹丸可以清楚捕捉,在高灵敏度的探测场合具有广阔的应用前景。