CMOS图像传感器电子辐照实验的研究

研究了电子辐射剂量对CMOS图像传感器性能的影响,性能参数为平均暗电流输出和光强响应度。搭建了电子辐射场和光强响应度的测量系统,在器件处于工作状态和非工作状态下分别对其辐射,辐射剂量为:5×103 rad、1×104 rad、7×104 rad、1×105 rad、5×105 rad。对于暗电流,当辐射总剂量超过7×104rad^1×105rad之间的某一个阈值时,暗电流随着辐射剂量的增长基本呈线性增加;光强响应方面,当器件处于非工作状态接受辐射时,辐射剂量对光强响应影响不大;当器件处于工作状态接受辐射时,辐射剂量超过7×104 rad,光强响应曲线会下移,斜率减小,灵敏度降低。理论分析后,得到了暗电流随电子辐射剂量的变化模型。研究表明:长期工作于空间环境下的CMOS图像传感器,容易受到辐射总剂量效应的影响,需采取一定的防辐射措施。

基于LED的CCD光强响应特性测定

针对电荷耦合器件(charge-coupled device,CCD)的光强响应曲线的测量,提出采用大功率LED作为线性光源,设计基于成像方式的光强响应信号的测量装置。通过控制恒流激励电流大小来调节LED的辐射输出并测量CCD的响应数据。根据CCD响应信号拟合出对应的光强响应曲线,并建立光电响应模型分析CCD饱和与非饱和的响应特性。实验结果表明:CCD的光强响应受到LED发光角和辐射模式的影响,当采用LED作为CCD光强响应测量的线性可调光源时,不能忽视LED光强分布的近朗伯特性;同时,H694C-II相机输出灰度值大于61713时CCD ICX694AL的光强响应曲线出现较明显的饱和非线性,但在非饱和区域CCD具有优良的线性响应特性。

基于人眼视觉响应的低光照图像增强

为解决光照图像可视信息不足的问题,提出一种基于人眼视觉响应的图像增强算法。利用导向滤波对图像亮度通道的反相图进行局部平滑计算掩摸,根据亮度通道的全局均值和标准差计算关键参数,对图像光亮度通道进行自适应曲线调整,全面提升动态范围。通过增强前后的亮度通道计算颜色饱和度增益和偏差进行颜色校正,结合灰度直方图分布进一步拉伸全局对比度。采用SSIM、VLD和MOS评价指标对不同图像增强方法结果进行对比。实验结果表明:该算法对低光照图像具有良好的增强效果,能够有效增强图像亮度和细节,提高视觉可视性。

基于成像/光强变化响应的中/短波红外辐射校准系统设计

受到测量方法的限制,现有的辐射校准系统只能在小-中型红外成像模拟器光学系统的透过率发生变化时实现辐射测量,无法在大型红外成像模拟器的视场光阑发生变化时实现辐射测量。针对大型红外成像模拟器部分仿真状态无法评估的问题,提出基于成像/光强变化响应的测量方法,并设计新型红外辐射校准系统。系统研制完成后,针对红外成像模拟器多辐射参数测量的需求,提出多参数标定方法进行系统标定。系统的辐射照度为6×10^(-10)~7×10^(-4)W/cm^(2),工作波段为2.05~2.55μm和3.70~4.80μm,测量不确定度为1.88%。最后,利用新系统校准大型红外成像模拟器在不同仿真状态下的输出辐射。校准结果表明,新方法和新系统可以使大型红外成像模拟器在全仿真状态下实现多参数测量。