CN107197236B - 一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法 - Google Patents

一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，该方法通过对在轨暗场测试采集到的其中任一幅图进行计算，得到该幅图的背景信号SBG和图像饱和信号Smax，然后统计该幅图中信号灰度值介于2SBG和Smax之间的热像素信号个数，对于单个热像素信号计算其最亮像素的灰度值，统计单个热像素的拖尾信号所占的像素个数，并计算单个热像素所占拖尾像素的灰度值之和，再计算单个热像素信号转移到输出端的转移次数，根据公式计算出单个热像素的电荷转移损失率，以此求出基于单个热像素的电荷耦合器件的单次电荷转移效率。最后计算所求出的N个电荷转移效率的均值，即为在轨电荷耦合器件的电荷转移效率。本发明实时性强，方法简单快速，计算结果准确。

Description

一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法
技术领域
本发明涉及图像传感器检测技术领域，涉及一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法。
背景技术
电荷耦合器件每个像元间电荷包中的电荷随着时钟电压的改变在像元之间的传递，电荷转移效率表示成功传递到下个像元电荷量的比值。在电荷耦合器件中，有些像素的信号电荷需经过几千次电荷转移才能到达器件输出端口，如电荷转移效率降低，将会导致此类像素的信号电荷严重衰减，降低其动态范围，且增加了像素间的差异。辐照导致的缺陷会影响器件内部载流子的俘获、复合，而器件内部载流子产生、输运情况可通过电荷转移效率来表征。在天文观测中高要求的测光应用，如果电荷转移过程中的电荷损失量不明确，则难以准确估计电荷耦合器件图像质量完好程度。电荷转移效率较低时，一些模糊的目标甚至可能完全被抹除，且会玷污图像，对目标形状和位置的确定带来影响。因此电荷转移效率是电荷耦合器件非常重要的参数，它的好坏也直接决定了器件的性能。所以有必要测试辐射损伤对器件电荷转移效率的影响。
电荷耦合器件在空间应用时，空间辐射环境会导致电荷耦合器件产生损伤，因此需要了解它在空间辐射环境下敏感参数的实时退化情况，电荷转移效率就是其中一个重要敏感参数。由于在空间应用环境中，不具备地面测试电荷耦合器件电荷转移效率的条件，没有均匀光场，因此扩展像元边缘响应法、首像元响应法不再适用；没有X射线辐照及控制装置，X射线堆积线径迹方法也不再适用。已有测试方法均不能对在轨电荷耦合器件的电荷转移效率进行在轨测量。本文提出的基于热像素的测试方法就能对在轨电荷耦合器件的电荷转移效率进行在轨测试，空间应用的电荷耦合器件需经高能粒子辐照累积一定注量后热像素才会出现，但是热像素出现后会一直存在，并且会随着累积注量的增加越来越多。利用出现的热像素就能测试出在轨电荷耦合器件的电荷转移效率。
本发明提出一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，该方法通过对在轨暗场测试采集到的其中任一幅图进行计算，得到该幅图的背景信号SBG和图像饱和信号Smax，然后统计该幅图中信号灰度值介于2SBG和Smax之间的热像素信号个数，对于单个热像素信号计算其最亮像素的灰度值，统计单个热像素的拖尾信号所占的像素个数，并计算单个热像素所占拖尾像素的灰度值之和，再计算单个热像素信号转移到输出端的转移次数，根据公式计算出单个热像素的电荷转移损失率，以此求出基于单个热像素的电荷耦合器件的单次电荷转移效率。最后计算所求出的N个电荷转移效率的均值，即为在轨电荷耦合器件的电荷转移效率。本发明实时性强，方法简单快速，可以准确测出空间应用的电荷耦合器件实时电荷转移效率，为表征传感器的性能及变化程度以及对极端环境下性能退化的预测提供了有效可行的方法。
发明内容
本发明的目的在于，在空间应用环境中快速获得电荷耦合器件电荷转移效率在轨的实时退化情况，提供一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，该方法通过对在轨暗场测试采集到的其中任一幅图进行计算，得到该幅图的背景信号SBG和图像饱和信号Smax，然后统计该幅图中信号灰度值介于2SBG和Smax之间的热像素信号个数，对于单个热像素信号计算其最亮像素的灰度值，统计单个热像素的拖尾信号所占的像素个数，并计算单个热像素所占拖尾像素的灰度值之和，再计算单个热像素信号转移到输出端的转移次数，根据公式计算出单个热像素的电荷转移损失率，以此求出基于单个热像素的电荷耦合器件的单次电荷转移效率。最后计算所求出的N个电荷转移效率的均值，即为在轨电荷耦合器件的电荷转移效率。本发明具有实时性，方法简单快速，计算结果准确。
本发明所述的一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，具体操作按下列步骤进行：
a、对电荷耦合器件在轨暗场测试采集到的其中任一幅图进行计算，得到该幅图的背景信号SBG和图像饱和信号Smax；
b、统计该幅图中信号灰度值介于2SBG和Smax之间的热像素信号个数N；
c、对于单个热像素信号计算其最亮像素的灰度值Shotpixel；
d、统计单个热像素拖尾信号所占的像素个数n；
e、计算单个热像素所有拖尾像素的灰度值之和SUMtrail；
f、计算单个热像素信号转移到输出端的转移次数Ntransfer；
g、计算单个热像素的电荷转移损失率CTIi，然后求出基于单个热像素的电荷耦合器件的单次电荷转移效率CTEi；
h、计算所求出的N个单次电荷转移效率的均值CTEaverage，即为在轨电荷耦合器件的电荷转移效率。
步骤d中单个热像素拖尾信号所占的像素个数是从单个热像素最亮像素后的第一个像素开始计数，往读出电路方向直到像素的灰度值和背景信号灰度值相当时停止计数。
本发明所述的一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，具体操作按下列步骤进行：
a、对电荷耦合器件在轨暗场测试采集到的其中任一幅图进行计算，得到该幅图的背景信号SBG和图像饱和信号Smax；
b、统计该幅图中信号灰度值介于2SBG和Smax之间的热像素信号个数N；
c、对于单个热像素信号计算其最亮像素的灰度值Shotpixel；
d、统计单个热像素拖尾信号所占的像素个数n；
e、计算单个热像素所有拖尾像素的灰度值之和SUMtrail；
f、计算单个热像素信号转移到输出端的转移次数Ntransfer；
g、根据公式(1)计算单个热像素的电荷转移损失率CTIi，然后根据公式(2)求出基于单个热像素的电荷耦合器件的单次电荷转移效率CTEi；
CTEi＝1-CTIi (2)
h、根据公式(3)计算所求出的N个单次电荷转移效率的均值CTEaverage，该均值即为在轨电荷耦合器件的电荷转移效率。
本发明所述的一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，适用于输出端在任意方向、任意相数的电荷耦合器件在轨电荷转移效率测试。本发明实时性强，方法简单快速，可以准确测出空间应用的电荷耦合器件实时电荷转移效率，为在轨实时表征传感器的性能及变化程度以及对极端环境下性能退化的预测提供了有效可行的方法。
因此本发明适用于需要掌握电荷耦合器件在轨性能的器件研制单位、科研院所和航天载荷单位使用。
附图说明
图1为在轨暗场测试采集到的一幅图。
具体实施方式
实施例
a、对电荷耦合器件(其型号为1992×1400CCD，相数为2相)在轨暗场测试采集到的其中任一幅图进行计算，如图1所示，得到该幅图的背景信号SBG和图像饱和信号Smax，如表1中第2列和第三列所示，分别等于3491DN和25000DN；
表1电荷耦合器件在轨暗场测试数据
b、统计该幅图中信号灰度值介于2SBG和Smax之间的热像素信号个数N，从表1中第1列可以得出N等于50；
c、对于单个热像素信号计算其最亮像素的灰度值Shotpixel，表1中第5列所示；
d、统计单个热像素拖尾信号所占的像素个数n，表1中第4列所示；
e、计算单个热像素所有拖尾像素的灰度值之和SUMtrail，表1中第6列所示；
f、计算单个热像素信号转移到输出端的转移次数Ntransfer，表1中第7列所示；
g、根据公式(1)计算单个热像素的电荷转移损失率CTIi，表1中第8列所示，
然后根据公式(2)求出基于单个热像素的电荷耦合器件的单次电荷转移效率CTEi，如表1中第9列所示；
CTEi＝1-CTIi (2)
h、根据公式(3)计算所求出的N个单次电荷转移效率的均值CTEaverage，
其值等于0.999958，该均值即为在轨电荷耦合器件的电荷转移效率。
由于空间环境不具备地面测试电荷耦合器件电荷转移效率的均匀光场条件，因此扩展像元边缘响应法、首像元响应法不再适用；空间环境也不具备X射线辐照及控制装置，因此X射线堆积线径迹方法也不再适用。现有测试方法均不能对在轨电荷耦合器件的电荷转移效率进行在轨测量。
本发明所述的一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，该方法具有的效果是空间应用环境中对输出端在任意方向、任意相数的电荷耦合器件的电荷转移效率进行实时在轨测试。
通过在轨暗场采集到的图像，按照本发明提出的方法，就能得到在轨电荷耦合器件的电荷转移效率在轨测试结果，该测试结果与相同器件的地面试验结果对比，在轨电荷耦合器件的电荷转移效率由于空间高能粒子造成的损伤有所退化，本发明的测试结果与理论分析、建模仿真结果相符。

Claims (2)

1.一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，其特征在于按下列步骤进行：
a、对电荷耦合器件在轨暗场测试采集到的其中任一幅图进行计算，得到该幅图的背景信号SBG和图像饱和信号Smax；
b、统计该幅图中信号灰度值介于2SBG和Smax之间的热像素信号个数N；
c、对于单个热像素信号计算其最亮像素的灰度值Shotpixel；
d、统计单个热像素拖尾信号所占的像素个数n；
e、计算单个热像素所有拖尾像素的灰度值之和SUMtrail；
f、计算单个热像素信号转移到输出端的转移次数Ntransfer；
g、根据该幅图的背景信号SBG、图像饱和信号Smax、最亮像素的灰度值Shotpixel、拖尾信号所占的像素个数n、拖尾像素的灰度值之和SUMtrail和转移次数Ntransfer计算单个热像素的电荷转移损失率CTIi，然后求出基于单个热像素的电荷耦合器件的单次电荷转移效率CTEi；
h、计算所求出的N个单次电荷转移效率的均值CTEaverage，即为在轨电荷耦合器件的电荷转移效率。
2.如权利要求1所述的一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，其特征在于步骤d中单个热像素拖尾信号所占的像素个数是从单个热像素最亮像素后的第一个像素开始计数，往读出电路方向直到像素的灰度值和背景信号灰度值相当时停止计数。
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