CN103872065A

CN103872065A - 垂直电荷转移成像探测器像元合并方法

Info

Publication number: CN103872065A
Application number: CN201410086304.4A
Authority: CN
Inventors: 阮宁娟; 张文昱; 刘兆军; 金建高; 何宝琨; 张琢; 闫锋
Original assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Current assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: CN103872065B

Abstract

本发明涉及垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，包括三种像元阵列合并方法，其中奇偶行对齐的等效像元阵列合并时，每N₁×M₁个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的奇数行等效像元和偶数行等效像元对齐没有错位；奇偶行错位的等效像元阵列合并时，每N₂×M₂个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的奇数行等效像元和偶数行等效像元错位若干个实际像元；异形等效像元阵列合并时，每N₃×N₃－M₃×M₃个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后每个等效像元的一个顶角的M₃×M₃个实际像元不参与合并；该方法可以根据需要得到不同尺寸大小的等效像元，可以使成像系统性能达到最优状态，且像元合并还可以大幅提高探测器信噪比。

Description

垂直电荷转移成像探测器像元合并方法

技术领域

本发明涉及垂直电荷转移探测器成像时的像元合并方法，属于半导体光电探测器技术领域。

背景技术

目前，垂直电荷转移成像探测器是基于浮栅结构阵列的半导体光电探测器，该探测器具有像元密度高、像元尺寸小等特点。其不足之处在于，较小的像元尺寸上收集到的光能量小，选成系统信噪比下降；且在较小的像元尺寸对应的空间频率处，光学系统的传递函数值很小。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，该方法采用不同的像元合并方法，可以根据需要得到不同尺寸大小的等效像元，可以使成像系统性能达到最优状态，且像元合并还可以大幅提高探测器信噪比。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，所述垂直电荷转移成像探测器为N×M像元阵列，包括三种像元阵列合并方法，分别为：奇偶行对齐的等效像元阵列合并、奇偶行错位的等效像元阵列合并和异形等效像元阵列合并，其中奇偶行对齐的等效像元阵列合并时，每N₁×M₁个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的等效像元阵列中的奇数行等效像元和偶数行等效像元对齐；奇偶行错位的等效像元阵列合并时，每N₂×M₂个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的等效像元阵列中的奇数行等效像元和偶数行等效像元错位若干个实际像元；异形等效像元阵列合并时，每（N₃×N₃）－（M₃×M₃）个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的等效像元阵列中每个等效像元的一个顶角的M₃×M₃个实际像元不参与合并；

其中N、M、N₁、M₁、N₂、M₂、N₃、M₃均为正整数；且N₁、N₂、N₃均小于N；M₁、M₂、M₃均小于M；M₃小于N₃；且M₂为偶数。

在上述垂直电荷转移成像探测器像元合并方法中，奇偶行错位的等效像元阵列合并时，合并后的等效像元阵列中的奇数行等效像元和偶数行等效像元错位M₂/2个实际像元。

在上述垂直电荷转移成像探测器像元合并方法中，各等效像元之间相邻且无重叠。

在上述垂直电荷转移成像探测器像元合并方法中，N₁，N₂，M₁取2～10的任一正整数，M₂取2～10的任一偶数。

在上述垂直电荷转移成像探测器像元合并方法中，N₃取2～10的任一正整数，M₃取1～（N₃-1）的任一正整数。

在上述垂直电荷转移成像探测器像元合并方法中，异形等效像元阵列合并时，合并后的等效像元阵列中每个等效像元的同一个顶角的M₃×M₃个实际像元不参与合并，所述同一个顶角为左上顶角、左下顶角、右上顶角或右下顶角。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）、本发明创新提出了垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，包括三种不同思路的像元合并，通过对实际像元进行合并，可以得到不同尺寸大小的等效像元，本发明像元合并可以大幅提高探测器信噪比，且等效像元与光学系统进行优化设计，可以得到最佳的等效像元尺寸，从而使得成像系统性能达到最优状态；

（2）、本发明垂直电荷转移成像探测器像元合并方法大大提高了像元的信噪比，例如三种像元合并方法得到的等效像元的信噪比是单个实际像元信噪比的

倍；

（3）、本发明采用奇偶行错位的等效像元阵列合并方法时，奇偶行错位的等效像元中心间距为等效像元尺寸的1/2（行方向上），相比于奇偶行对齐合并方法，行方向上图像的采样密度提高了2倍，将有利于图像分辨率的提高；

（4）、本发明采用异形等效像元阵列合并方法时，由于将N₃×N₃个实际像元减去了M₃×M₃个实际像元，其像元尺寸对应的截止频率增加了N₃/M₃倍（单个方向上），同样有利于图像分辨率的提高。

附图说明

图1为本发明实际像元阵列示意图；

图2为本发明奇偶行对齐的等效像元阵列合并后的阵列图；

图3a为本发明奇偶行错位的等效像元阵列合并后的阵列图1；

图3b为本发明奇偶行错位的等效像元阵列合并后的阵列图2；

图4a为本发明异形等效像元阵列合并后的阵列图1；

图4b为本发明异形等效像元阵列合并后的阵列图2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示为本发明实际像元阵列示意图，图1中示意了实际像元数为N×M的垂真电荷转移成像探测器像元阵列，图1中N=20，M=24作为实施例。

本发明垂直电荷转移成像探测器像元合并方法包括三种像元阵列合并方法，分别为：奇偶行对齐的等效像元阵列合并、奇偶行错位的等效像元阵列合并和异形等效像元阵列合并，合并后相邻实际像元输出信号累加为一个等效像元的输出信号。

进行奇偶行对齐的等效像元阵列合并时，每N₁×M₁个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的等效像元阵列中的奇数行等效像元和偶数行等效像元对齐，没有错位；N₁，M₁取2～10的任一正整数。如图2所示为本发明奇偶行对齐的等效像元阵列合并后的阵列图，图2中N₁=3，M₁=4。等效像元之间相邻且无重叠，20×24的实际像元阵列可形成6×6的等效像元阵列，实施例中实际像元阵列中的最后2行不参与合并。合并后1个等效像元有效信号由12个实际像元有效信号累加而成，有效信号提高了12倍；而噪声提高了

故最终的信噪比提高了

倍。

进行奇偶行错位的等效像元阵列合并时，每N₂×M₂个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的等效像元阵列中的奇数行等效像元和偶数行等效像元错位若干个实际像元，本发明中错位M₂/2个实际像元；N₂取2～10的任一正整数，M₂取2～10的任一偶数。如图3a为本发明奇偶行错位的等效像元阵列合并后的阵列图1；图3b为本发明奇偶行错位的等效像元阵列合并后的阵列图2；图3中N₂=3，M₂=4。等效像元之间相邻且无重叠，20×24的实际像元阵列形成的等效像元阵列中奇数行（1、3、5行）的像元阵列为6个，偶数行（2、4、6行）的像元阵列为5个。为了使得奇偶行等效像元错位，等效像元阵列中的偶数行前2列实际像元与最后2行实际像元不参与合并，如图3a所示；或者等效像元阵列中的奇数行前2列实际像元与最后2行实际像元不参与合并，如图3b所示。实施例中实际像元阵列中的最后2行不参与合并。合并后1个等效像元有效信号由12个实际像元有效信号累加而成，有效信号提高了12倍；而噪声提高了故最终的信噪比提高了

倍。

进行异形等效像元阵列合并时，每（N₃×N₃）－（M₃×M₃）个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的等效像元阵列中每个等效像元的一个顶角的M₃×M₃个实际像元不参与合并，即N₃×N₃个正方形的实际像元阵列中，去取任意一个角的M₃×M₃个实际像元。本发明中合并后的等效像元阵列中每个等效像元的同一个顶角的M₃×M₃个实际像元不参与合并，例如同一个顶角可以为左上顶角、左下顶角、右上顶角或右下顶角；其中N₃取2～10的任一正整数，M₃取1～（N₃-1）的任一正整数。如图4a所示为本发明异形等效像元阵列合并后的阵列图1；图4b所示为本发明异形等效像元阵列合并后的阵列图2；图4中N₃=4，M₃=2，。等效像元之间相邻且无重叠，20×24的实际像元阵列可形成5×6的等效像元阵列。如图4a所示为去掉右下角的实际像元，图4b所示为去掉左上角的实际像元。合并后1个等效像元有效信号由12个实际像元有效信号累加而成，有效信号提高了12倍；而噪声提高了

故最终的信噪比提高了

倍。

设单个像元产生的有效信号为S_i=S，单个像元上的噪声为V_i=V，其中i=1,2,…。当N个像元信号累加时，等效像元的信噪比SNR₁与单个像元的信噪比之间的关系，可由下式计算：

{SNR}_{1} = \frac{S_{1} + S_{2} + . . . + S_{N}}{\sqrt{V_{1}^{2} + V_{2}^{2} + . . . + V_{N}^{2}}} = \frac{N \cdot S}{\sqrt{N} \cdot V} = \sqrt{N} \cdot \frac{S}{V} = \sqrt{N} \cdot {SNR}_{2}

可得出合并后的三种像元合并方法等效像元的信噪比是单个像元的倍。

本发明奇偶行错位的等效像元中心间距为等效像元尺寸的1/2（行方向上）。相比于奇偶行对齐合并方法，行方向上图像的采样密度提高了2倍，将有利于图像分辨率的提高。

本发明异形等效像元合并时，由于将N₃×N₃个实际像元减去了M₃×M₃个实际像元，其像元尺寸对应的截止频率增加了N₃/M₃倍（单个方向上），同样有利于图像分辨率的提高。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，所述垂直电荷转移成像探测器为N×M像元阵列，其特征在于：包括三种像元阵列合并方法，分别为：奇偶行对齐的等效像元阵列合并、奇偶行错位的等效像元阵列合并和异形等效像元阵列合并，其中奇偶行对齐的等效像元阵列合并时，每N₁×M₁个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的等效像元阵列中的奇数行等效像元和偶数行等效像元对齐；奇偶行错位的等效像元阵列合并时，每N₂×M₂个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的等效像元阵列中的奇数行等效像元和偶数行等效像元错位若干个实际像元；异形等效像元阵列合并时，每（N₃×N₃）－（M₃×M₃）个相邻实际像元合并为1个等效像元，合并后的等效像元阵列中每个等效像元的一个顶角的M₃×M₃个实际像元不参与合并；

2.根据权利要求1所述的垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，其特征在于：奇偶行错位的等效像元阵列合并时，合并后的等效像元阵列中的奇数行等效像元和偶数行等效像元错位M₂/2个实际像元。

3.根据权利要求1或2所述的垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，其特征在于：所述各等效像元之间相邻且无重叠。

4.根据权利要求1或2所述的垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，其特征在于：所述N₁，N₂，M₁取2～10的任一正整数，M₂取2～10的任一偶数。

5.根据权利要求1或2所述的垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，其特征在于：所述N₃取2～10的任一正整数，M₃取1～（N₃-1）的任一正整数。

6.根据权利要求1或2所述的垂直电荷转移成像探测器像元合并方法，其特征在于：异形等效像元阵列合并时，合并后的等效像元阵列中每个等效像元的同一个顶角的M₃×M₃个实际像元不参与合并，所述同一个顶角为左上顶角、左下顶角、右上顶角或右下顶角。