Comparison of displacement damage effects on the dark signal in CMOS image sensors induced by CSNS back-n and XAPR neutrons

This study investigates the effects of displacement damage on the dark signal of a pinned photodiode CMOS image sensor(CIS)following irradiation with back-streaming white neutrons from white neutron sources at the China spallation neutron source(CSNS)and Xi'an pulsed reactor(XAPR).The mean dark signal,dark signal non-uniformity(DSNU),dark signal distribution,and hot pixels of the CIS were compared between the CSNS back-n and XAPR neutron irradiations.The nonionizing energy loss and energy distribution of primary knock-on atoms in silicon,induced by neutrons,were calculated using the open-source package Geant4.An analysis combining experimental and simulation results showed a noticeable proportionality between the increase in the mean dark signal and the displacement damage dose(DDD).Additionally,neutron energies influence DSNU,dark signal distribution,and hot pixels.High neutron energies at the same DDD level may lead to pronounced dark signal non-uniformity and elevated hot pixel values.

SiPM耦合塑料闪烁体探测器放大电路设计

为了解决硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)受环境噪声影响大的问题,设计了一款SiPM耦合塑料闪烁体探测器的信号放大电路。以AD8014放大芯片和CR电路构成负反馈选通放大电路,并且与OPA657跨阻式放大电路进行对比。该款电路以RC滤波输入部分和集成运算放大器构成信号放大电路,具有快上升时间及低输入噪声;以CR高通滤波电路作为比较器信号输入能够有效防止信号反射。实验结果表明:该信号放大电路能够有效滤除环境噪声,并且具备快上升时间。将该电路与塑料闪烁体探测器耦合,在室温下对^(137)Cs源进行暗噪声水平和输出信号一致性测量,其输出脉冲上升时间小于12 ns,暗噪声水平低于30 mV,优于跨阻式放大电路。

基于注意力的图像去雾算法探索研究

图像去雾的方法可粗略划分为基于图像增强的去雾算法、基于物理模型的去雾算法、基于深度学习的去雾算法3类。将注意力机制引入传统的暗通道先验去雾算法,可克服该算法存在的某些不足。经MATLAB平台进行实验仿真,并利用主观方法(主观感知)与客观方法(峰值信噪比)对比分析仿真结果,证明引入注意力机制的暗通道先验去雾改进算法具有优化传统暗通道先验算法的效果。

TCD132D线阵CCD总剂量效应的实验分析

研究了60Coγ辐照TCD132D线阵CCD的总剂量效应实验结果;分析了CCD受总剂量效应影响后暗信号和饱和输出电压的典型波形;得出了CCD分别在不加偏置电压、加偏置电压加驱动信号和加偏置电压不加驱动信号三种工作状态下,受60Coγ辐照后暗信号电压和饱和输出电压随总剂量累积的变化规律,并进行了损伤机理分析。

电离辐照诱发面阵电荷耦合器暗信号增大试验

针对电荷耦合器件(CCD)在空间轨道环境中应用时易受到辐射损伤的影响,对面阵CCD的电离辐照损伤效应问题进行了试验研究。首先,通过开展面阵CCD60Coγ射线电离辐照效应试验,在暗场条件下测试了面阵CCD辐照后输出信号随积分时间的变化,并拟合计算出暗信号斜率。然后,对比分析了不同偏置条件下辐照后暗信号退化的试验规律;分析了不同偏置条件下辐照后暗信号的退火恢复情况;分析了不同积分时间、不同总剂量下的暗信号不均匀性的变化规律。最后,阐述了电离辐照损伤诱发面阵CCD暗信号增大的物理机制。结果表明:面阵CCD对电离辐照损伤很敏感,在进行航天器成像系统设计时,要充分考虑CCD受电离辐照损伤带来的影响。

两种高速CMOS图像传感器的应用与测试

采用MI-MV13和LUPA-1300-2两种不同厂家型号的高速CMOS图像传感器,设计了分辨率为1 280×1 024的300～500 frame/s高速数字工业相机,并在实验室条件下对设计相机进行了关键性能指标对比测试,得到了光谱响应及量子效率、增益、动态范围、暗电流、读出噪声、光电响应非均匀性等测试结果。测试分析显示,LUPA-1300-2的峰值量子效率为50%,比MI-MV13的峰值量子效率高12%,与厂家的参考指标基本一致。测试结果证明:该测试方法正确,对两种高速CMOS图像传感器的关键性能指标的测试客观可信,所设计的高速CMOS摄像机的性能基本满足高帧频摄像的要求。

电荷耦合器件中子辐照诱发的位移效应

为研究电荷耦合器件空间辐照效应、参数退化机理,对国产64×64像元电荷耦合器件进行了中子辐照位移损伤效应研究。样品在中子辐照下,暗信号、暗信号非均匀性和电荷转移效率等关键性能参数退化显著。研究结果表明:暗信号的退化是由于中子辐照产生的体缺陷能级在耗尽层中充当复合-产生中心,增大了热载流子的产生率所致,而各像素单元暗信号退化的不一致性使暗信号非均匀性增大;电荷转移效率显著减小则是由于中子辐照在转移沟道中产生的体缺陷不断捕获、发射电子所引起。在整个实验过程中,饱和输出电压的退化可以忽略不计,表现出较好的抗位移损伤能力。

TDI CCD视频响应性能的高精度检测

TDI CCD主要应用于空间遥感和科学实验中。为了解决TDI CCD性能检测过程中精度不够、检测方法不够准确等问题,提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD性能检测方法。实验结果表明,暗电流信号和CCD噪声的测量不确定度是以往测量方法的1/10,其他视频响应性能的不确定度也仅为以往测量方法的1/5。该测量方法提高了TDI CCD视频响应的检测精度和准确性。

TDI CCD视频响应性能的高精度检测

TDI CCD主要应用于空间遥感和科学实验中,为了解决TDI CCD性能检测过程中精度不够高、检测方法不够准确等问题,提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD性能检测方法。首先,增加TDI CCD视频信号的增益可调范围和视频AD的量化位数,尽可能高地提取出TDI CCD的噪声;其次,改变TDI CCD接收的辐照度,制定TDI CCD各项视频响应性能的检测方法;最后,提出TDI CCD各项视频响应的准确计算方法,确定测量不确定度。实验结果表明:和以前测量方法相比,暗电流信号和CCD噪声的测量不确定度减小了10倍,其他视频响应性能的不确定度也减小了5倍多,因此,现有测量方法提高了TDI CCD视频响应的检测精度和准确性。

基于暗通道先验的大气退化图像去雾新方法

在雾、霾等恶劣天气条件下采集的图像会严重降质,极大的影响图像的实用价值。为提高大气退化图像质量,针对雾天大气退化图像的去雾问题开展研究,首先探究了雾天成像的基本原理,接着,通过分析暗通道先验原理,提出了一种结合峰值信噪比的暗通道先验去雾改进算法,用以有效提高去雾后图像的细节清晰度,最后,通过与直方图均衡、多尺度Retinex等图像增强算法和传统暗通道先验算法进行仿真比较分析,来验证算法的有效性。

结合自适应暗通道先验和图像融合策略的单幅图像除雾方法

为解决暗通道先验统计学模型在一些情况下存在"光晕效应"、颜色偏暗和在雾浓度高区域处理效果不佳等问题,针对暗通道先验方法进行改进,并结合图像融合策略来增强可视化区域的视觉效果.利用像素块加权插值法来计算每个像素点的暗通道值,进而消除软抠图或导向滤波方法所带来的光晕效应;利用高斯模型对待恢复图像的暗通道像素值进行模拟,从而自适应地恢复天空和其他明亮区域;通过图像融合策略增强高浓度区域的图像信息.实验结果表明,与其他几种经典算法相比,改进方案不仅能够显著提高有雾图像的可见度,而且具有更好的鲁棒性.

正交相关的双光束分光光度计控制系统

采用一套光电转换系统并增加一个正交信号发生器,设计了正交相关的双光束分光光度计.光电转换系统包括一个光电二极管、一个信号滤波放大和一个AD转换;正交信号发生器是一个部分直通的旋转圆盘,每一个周期它将参考信号和样品信号以正交相关的编码形式同时投射到光电转换系统上,转换得到的复合信号除了参考信号和样品信号,还包括光电二极管的暗电流信号.主控制系统按照三个信号各自的编码将它们分别分离并还原出来供后续分析计算用.由于正交相关的双光束分光光度计只采用一套光电转换系统且正交信号发生器每一个旋转周期都可以检测参考信号、样品信号、暗电流信号,避免了由于转换器件个体差异和检测时间的不同而产生的测量误差.实验验证了正交相关的双光束分光光度计在稳定性和测量精度上具有一定的优势.

利用相关系数对信噪比进行估计

本文介绍了一种利用两个数字信号序列的相关系数对数字信号信噪比的估计方法。从相同条件下的两个信号序列的互相关函数着手 ,导出了信号序列的相关系数与数字信号的信噪比之间的关系。通过实例介绍了该方法在图像噪声分析中的应用 。

科学级CCD相机的噪声分析及处理技术

为了降低科学级CCD相机的噪声,提高相机的成像质量,针对不同的噪声源,根据相应的噪声产生原理,设计了实用的噪声抑制电路和处理电路。应用于选用DALSA IL-E2型TDI-CCD图像传感器自己开发的科学级CCD相机,有效地降低了暗电流噪声,消除了复位噪声对真正信号的影响,使相机的成像质量得到提高。通过实验证明,该科学级CCD相机的输出信噪比能达到50 dB。

基于实时阈值的CMOS有源像素传感器辐射致随机电报噪声自动检测

研究了辐射环境下CMOS有源像素传感器产生的暗信号随机电报噪声(RTS)的特性,针对这一噪声提出一种实时自动检测算法,用以检测、重建暗信号RTS,并提取噪声关键参数。采用^(60)Cog射线进行的辐照实验测试结果表明,对于辐照后被观测像素发生的282次多级RTS转换,基于本文提出的实时阈值检测方法成功检测出了257次,检测效率达到91%,比采用暗信号幅值标准差为阈值的检测方法高出了16%。

CCD位移辐射效应损伤机理分析

研究了电荷耦合器件(CCD)位移辐射效应的损伤机理。分析了位移损伤诱发的体缺陷对CCD工作性能的影响。研究了位移损伤导致CCD电荷转移效率降低、体暗电流密度增大、暗电流尖峰以及随机电码信号(RTS)出现的规律和机理。

离线式电离辐照面阵CCD测试系统

研究CCD受到射线辐照后的电离辐照效应或者损伤机制,对于在辐射场环境下如何正确应用CCD开展科学研究具有重要的意义。针对面阵CCD的辐照损伤效应的测试方法的要求,选用ICX285面阵CCD作为实验样品,结合辐照板离线和参数测试装置研制了离线式的测试系统,并且针对辐照实验的测试要求,设计了积分时间可调和过扫描设计两种功能,以获取CCD的暗信号和转移效率的变化。在60Co-γ射线源上,运用该系统开展了电离辐照效应实验,获得了受到射线辐照后面阵CCD暗信号的变化规律。

利用“天籁”暗能量观测阵列开展空间目标探测新技术试验

提出一种用于开展空间目标探测的大视场、多波束射电观测手段。通过柱形天线阵列,在特定方向获得大张角均匀巡天视场,实现对大空域范围的连续监视;基于综合孔径天图成像,实现对批量空间目标的实时捕获;利用小口径碟形天线之间的优化干涉组合,通过数字波束合成实现多目标精确跟踪测量。配合软件去噪与阵列定标校准手段,进一步提高微弱目标信号提取认证能力,降低系统功率与增益要求。提出利用具有相似阵列结构的"天籁"暗能量观测系统开展关键技术试验,以缩短研究周期、减少科研成本。从作用距离、信号特征、探测时间等方面对试验可行性进行了分析,结果表明"天籁"阵列具备支撑相关新技术试验的能力。

一种改进的暗原色单幅图像去雾方法

暗原色先验方法可以较好地处理单幅图像去雾,但对理图像中的灰白区域处理效果不好。通过分析暗原色先验原理,得出了暗通道图像和雾的透射分布率以及雾的浓度系数的关系,提出了一种结合峰值信噪比和暗原色优先法则的去雾方法。由实验结果分析,该方法能够更清晰的表现去雾后图像的细节,并且一定程度上克服了原方法在处理图像中灰白区域效果不佳的弱点。

CMOS APS质子辐照效应实验

利用西安200 MeV质子应用装置进行了互补金属氧化物半导体有源像素图像传感器(CMOS APS)的质子辐照效应研究。设计了便携式暗室,解决了图像传感器质子辐照效应难以在线测量问题。实验结果表明,质子辐照在CMOS APS中产生的暗电流随质子注量呈线性增长;当质子注量小于5×10^(12)cm^(-2)时,CMOS APS暗信号的非均匀性、光响应的非均匀性和不同光场强度下的平均输出值等参数的变化趋势不明显;当质子注量大于5×10^(12)cm^(-2)时,这些参数会产生不同程度的增加。