CN106770020A - 一种用于图像传感器像素内量子效率测量的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像传感器像素内量子效率测量系统，包括：激光器、光纤分束器、声光调制器、射频合成与驱动器、偏振控制器、光开关、干涉基线、图像传感器以及计算模块；其中，激光器提供波长稳定、强度稳定的激光；光纤分束器将激光器输出的激光分成两束强度1:1的激光；两束强度1:1的激光分别输入到两个声光调制器中，声光调制器在射频合成与驱动器的控制下为两束激光形成一个差频并锁定，偏振控制器对具有差频的两束激光的偏振方向进行调节，形成四步相移干涉条纹；光开关用于将光纤中的光切换至不同的干涉基线；干涉基线用于均匀覆盖频率空间；图像传感器用于采集四步相移图像；计算模块由四步相移图像得到像素内量子效率的实域分布。

Description

一种用于图像传感器像素内量子效率测量的系统
技术领域
本发明涉及航天领域，特别涉及一种用于图像传感器像素内量子效率测量的系统。
背景技术
固态图像传感器(CCD、CMOS-APS等)在光学成像领域已经占据了统治地位。此类图像传感器在很多专业领域具有广泛的应用。随着固态图像传感器在读出噪声、电荷转移效率、读出时间、量子效率、低功耗等方面性能的逐步提升，固态图像传感器在很多应用中几乎变成了独一无二的选择。在图像传感器的实际应用中，发展出了很多关于标定图像传感器像素间量子效率(平场响应)的方法和技术，这些方法和技术都假设在像素内部，量子效率都是一致的、均匀的。但是，实际上，像素内部的量子效率是不一样的，即像素内响应的非均匀性。对于过采样的点扩散函数，像素内量子效率假设为均匀对实际应用不会产生太大影响。但是对于临界采样或欠采样的点扩散函数，像素内量子效率的非均匀性将会影响实际测量精度，例如，光度测量精度和位置测量精度。
在实际应用中，例如，天文测光和天体测量等领域，往往需要对像素内响应的非均匀性进行标定。面对欠采样或临界采样的图像，为了提高测量精度，测量像素内响应的非均匀性是必须面对的问题。传统的最直接的方法是人工生成一个足够小的光斑，对每一个像素逐行扫描。这样根据输出信号，通过插值即可获取分辨率足够高的像素内响应非均匀性的二维分布。这种方法的优点是通过光斑扫描可以直接获取像素内量子效率的二维分布。缺点是，人为制造的足够小的光斑由于衍射极限的原因，光斑不可能无限小。另外，对像素进行逐点扫描，效率低下，分辨率不容易做得很大，尤其是针对MOSAIC结构的大焦面，在实际工程中很难推广。实际应用迫切需要寻求新的解决办法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中利用光斑扫描法测量图像传感器像素内量子效率的系统及方法的缺陷，从而提供一种便捷的图像传感器像素内量子效率测量系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种图像传感器像素内量子效率测量系统，包括：激光器1、光纤分束器2、声光调制器3、射频合成与驱动器4、偏振控制器5、光开关6、干涉基线7、图像传感器8以及计算模块9；其中，
所述激光器1提供波长稳定、强度稳定的激光；所述光纤分束器2将所述激光器1输出的激光分成两束强度1:1的激光；两束强度1:1的激光分别输入到两个声光调制器3中，所述声光调制器3在所述射频合成与驱动器4的控制下为所述两束激光形成一个差频并锁定，所述偏振控制器5对具有差频的两束激光的偏振方向进行调节，从而形成四步相移干涉条纹；所述光开关6用于将光纤中的光切换至不同的干涉基线7；所述干涉基线7用于均匀覆盖频率空间；所述图像传感器8用于采集四步相移图像；所述计算模块9由四步相移图像得到像素内量子效率的实域分布。
上述技术方案中，所述激光器1的波长在300nm-4000nm范围内；所述激光器1有多个，不同的激光器1有不同的波长范围，以实现对所述图像传感器8的波长响应范围进行全覆盖。
上述技术方案中，所述激光器1采用气体或半导体激光器实现。
上述技术方案中，所述声光调制器3在所述射频合成与驱动器4的控制下使两束激光的差频在{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}Hz中任意一个。
上述技术方案中，所述的偏振控制器5能够360度调节两束激光的偏振方向。
上述技术方案中，所述的光开关6为2×2n，其中，n为自然数；所述光开关6将两束经过调制的激光切换至2n个基线。
上述技术方案中，所述的干涉基线7的个数为2n，其中，n为自然数。
上述技术方案中，图像传感器8为可见光图像传感器、红外图像传感器、紫外图像传感器中的任意一种。
上述技术方案中，所述图像传感器8所采集的四步相移干涉条纹包括多组不同倾向、不同条纹间距的四步相移干涉条纹。
上述技术方案中，所述计算模块9根据图像传感器8所采集的四步相移干涉条纹计算像素内量子效率的频谱，然后对像素内量子效率的频谱做逆傅里叶变换，得到像素内量子效率的实域分布。
本发明的优点在于：
本发明的系统主要利用激光器和射频合成与驱动器控制声光调制器形成四步相移干涉条纹，并且可以方便调节四步相移条纹的运动速度、干涉条纹频率空间覆盖，适用于各类图像传感器的像素内量子效率测量，系统应用面广。
附图说明
图1是本发明的图像传感器像素内量子效率测量系统示意图。
图面说明
1 激光器 2 光纤分束器
3 声光调制器 4 射频合成与驱动器
5 偏振控制器 6 光开关
7 干涉基线 8 图像传感器
9 计算模块
具体实施方式
现结合附图对本发明所述系统及方法作进一步的描述。
参考图1，本发明的图像传感器像素内量子效率测量系统包括：激光器1、光纤分束器2、声光调制器3、射频合成与驱动器4、偏振控制器5、光开关6、干涉基线7、图像传感器8以及计算模块9。其中，所述激光器1提供波长稳定、强度稳定的激光；所述光纤分束器2将激光器1输出的激光分成两束强度1:1的激光；两束强度1:1的激光分别输入到两个声光调制器3中，所述声光调制器3在所述射频合成与驱动器4的控制下为所述两束激光形成一个差频并锁定，所述偏振控制器5对具有差频的两束激光的偏振方向进行调节，从而形成四步相移干涉条纹；所述光开关6用于将光纤中的光切换至不同的干涉基线7；所述干涉基线7用于均匀覆盖频率空间；所述图像传感器8用于采集四步相移图像；所述计算模块9由四步相移图像得到像素内量子效率的实域分布。
下面对图像传感器像素内量子效率测量系统中的各个组件及测量方法做进一步的说明。
所述激光器1采用气体或半导体激光器，波长在300nm-4000nm范围内。激光器波长稳定性要高，强度稳定性要高，具体稳定性指标根据实际测量精度需求决定。激光器波长的具体选择，根据需要测量的图像传感器的光谱响应决定。本发明中，测量一款图像传感器需要至少三个波长的激光器，选用的激光器波长覆盖被测图像传感器的光谱响应范围。例如，若图像传感器的光谱响应覆盖可见光范围，那么应该至少选择三种波长，如红、绿、蓝。根据测量需求，所选择激光器波长尽可能覆盖在图像传感器光谱响应范围。
所述声光调制器3在所述射频合成与驱动器4的控制下能使所述两束激光形成{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}Hz中任意一个差频并锁定。差频稳定性要高，具体稳定性指标由测量需求决定。
所述的偏振控制器5可以360度调节两束激光的偏振方向。由于激光输出一般是偏振光，经光纤耦合后，偏振方向发生变化。因此，本发明要求偏振控制器5可360度对激光的偏振方向进行调节。经过将两束激光的偏振方向调整为同一方向，形成的四步相移干涉条纹具备较高的对比度。测量过程中，条纹对比度要达到70％以上。
所述的光开关6为2×2n，其中，n为自然数，可以将两束经过调制的激光切换至2n个基线。目的是能够快速将四步相移条纹均匀覆盖整个频率空间。
所述的干涉基线7的个数为2n，其中，n为自然数，通过干涉基线7的组合所形成的干涉条纹可以均匀覆盖频率空间。根据像素内量子效率测量分辨率的实际需求，n可以取不同的数值，实际测量过程中，n越大，最终测量的像素内量子效率的分辨率越高。
图像传感器8可以是可见光图像传感器、红外图像传感器、紫外图像传感器中的任意一种。图像传感器8作为被测图像传感器采集四步相移干涉条纹，所采集的四步相移干涉条纹包括多组不同倾向、不同条纹间距的四步相移干涉条纹，使得所述干涉条纹数据的倾向和条纹间距均匀覆盖像素内量子效率的频谱。
所述计算模块9根据图像传感器8所采集的四步相移干涉条纹图像计算出像素内量子效率的频谱，接着对像素内量子效率的频谱做逆傅里叶变换，得到像素内量子效率的实域分布。
其中，在计算像素内量子效率的频谱时可按照下式进行组合，得到频域的像素响应函数：
其中，为四步相移正弦条纹图像，取值分别为0、π/2、π、3π/2，对应四步相移，i为虚数单位，a为常数，由条纹对比度决定。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，包括：激光器(1)、光纤分束器(2)、声光调制器(3)、射频合成与驱动器(4)、偏振控制器(5)、光开关(6)、干涉基线(7)、图像传感器(8)以及计算模块(9)；其中，
所述激光器(1)提供波长稳定、强度稳定的激光；所述光纤分束器(2)将所述激光器(1)输出的激光分成两束强度1:1的激光；两束强度1:1的激光分别输入到两个声光调制器(3)中，所述声光调制器(3)在所述射频合成与驱动器(4)的控制下为所述两束激光形成一个差频并锁定，所述偏振控制器(5)对具有差频的两束激光的偏振方向进行调节，从而形成四步相移干涉条纹；所述光开关(6)用于将光纤中的光切换至不同的干涉基线(7)；所述干涉基线(7)用于均匀覆盖频率空间；所述图像传感器(8)用于采集四步相移图像；所述计算模块(9)由四步相移图像得到像素内量子效率的实域分布。
2.根据权利要求1所述的图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，所述激光器(1)的波长在300nm-4000nm范围内；所述激光器(1)有多个，不同的激光器(1)有不同的波长范围，以实现对所述图像传感器(8)的波长响应范围进行全覆盖。
3.根据权利要求1所述的图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，所述激光器(1)采用气体或半导体激光器实现。
4.根据权利要求1所述的图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，所述声光调制器(3)在所述射频合成与驱动器(4)的控制下使两束激光的差频在{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}Hz中任意一个。
5.根据权利要求1所述的图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，所述的偏振控制器(5)能够360度调节两束激光的偏振方向。
6.根据权利要求1所述的图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，所述的光开关(6)为2×2n，其中，n为自然数；所述光开关(6)将两束经过调制的激光切换至2n个基线。
7.根据权利要求1所述的图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，所述的干涉基线(7)的个数为2n，其中，n为自然数。
8.根据权利要求1所述的图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，图像传感器(8)为可见光图像传感器、红外图像传感器、紫外图像传感器中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，所述图像传感器(8)所采集的四步相移干涉条纹包括多组不同倾向、不同条纹间距的四步相移干涉条纹。
10.根据权利要求1所述的图像传感器像素内量子效率测量系统，其特征在于，所述计算模块(9)根据图像传感器(8)所采集的四步相移干涉条纹计算像素内量子效率的频谱，然后对像素内量子效率的频谱做逆傅里叶变换，得到像素内量子效率的实域分布。
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