CN111256958B - Ccd的电子倍增增益测量标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CCD的电子倍增增益测量标定方法，先在初始倍增电压和最终倍增电压之间选择(n‑1)个中间电压将最终倍增电压分为n段，再依次对各段的电子倍增增益进行测量标定，确保每段的电子倍增增益测量标定时，CCD的输出信号均处于放大器及预处理电路的线性区；最后将各段的电子倍增增益相乘得到总电子倍增增益。本发明中，将整体电子倍增增益等效为几个较小的分段电子倍增增益的测量，使CCD的输出信号始终处于放大器的线性区，远大于放大器及电路噪声，从而消除非线性及噪声对测量精度的影响；分段电子倍增增益的测量采用直接计算图像平均灰度的方式实现，不受垂直及水平消影区的影响，具有较高的测量精度及可操作性。

Description

CCD的电子倍增增益测量标定方法

技术领域

本发明涉及微光成像领域，特别涉及一种CCD的电子倍增增益测量标定方法。

背景技术

电荷耦合器件(Charge Couple Device,简称CCD)是20世纪90年代后发展起来的一种微光成像器件，该器件可通过倍增寄存器加高压脉冲对信号进行倍增，以实现微光成像，CCD倍增技术又称“片上增益”技术，可实现增益达1000倍以上。其倍增增益倍数受倍增脉冲电压幅度控制，倍增电压定标及倍增倍数测试是CCD工程应用及参数评价的重要手段，常用的测试方法有两种。

方法一：电压直接测量法，首先记录CCD在没有光信号输入，倍增增益为1时暗场灰度Y_0MIN，再记录光信号输入量为M时，倍增增益为1时的图像灰度Y₁；然后记录没有光信号输入，有电子倍增增益条件下的暗场灰度Y_0MAX，以及光信号输入量为M，相同电子倍增增益时图像亮度Y₂，利用公式：

计算出倍增增益。CCD放大器及处理电路存在非线性，在信号过大或过小时图像亮度不能准确反映信号大小，为实现高倍增增益的测试、防止高增益下CCD输出饱和，未倍增前CCD输出信号应比较低、此时放大器及处理电路噪声与信号相比不可忽略，测试误差较大；例如，为实现1000倍倍增增益，需要测量倍增电压未开启时输出电压V1，假设约为0.91000V_饱和，增加倍增电压到1000倍倍增增益，测量测试输出电压V2，假设输出约为9001000V_饱和，增益等于V2÷V1。此时，V1和V2不处于放大器和外围电路的线性放大区，且V1信号太小，受噪声影响较大，对测试精度有较大影响。

方法二：基于平均电子数测量的电荷耦合器件电子倍增增益测试方法，采用纳安表直接测量电荷耦合器件复位栅极上的微弱电流的方法测量其电子增益倍数，避免了电荷耦合器件读出放大器和后续预处理电路的非线性及这些部分所产生的噪声对测量结果的影响。该方法通过有效像素比及复位栅极微弱电流信号计算有效像素对应的电子数来计算倍增增益，在实际使用中，受水平及垂直消影区影响，CCD在输出有效信号过程中会间歇性输出无效信号，使得复位栅极电流不连续，这样流过纳安表的读数实际上是有可能存在跳动的，不能保持在一个恒定值，纳安表读数容易出现跳动、存在读数不准问题，进而影响测试精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种采用分段测量标定的CCD的电子倍增增益测量标定方法。

本发明的技术方案如下：

一种CCD的电子倍增增益测量标定方法，包括以下步骤：

在初始倍增电压V₀和最终倍增电压V_n之间从小到大依次选择(n-1)个中间电压V₁、V₂、…、V_i、…、V_n-1，将最终倍增电压V_n分为n段进行测量标定，其中，初始倍增电压V₀为CCD的倍增增益为1时的电压值，最终倍增电压V_n为需要标定及测试电子倍增增益的电压值；

分别测量标定出倍增电压从V₀增大到V₁时的电子倍增增益G_0,1，从V₁增大到V₂时的电子倍增增益G_1,2，…，从V_i-1增大到V_i时的电子倍增增益G_i-1,i，…，以及从V_n-1增大到V_n时的电子倍增增益G_n-1,n,确保每段的电子倍增增益测量标定时，CCD的输出信号均处于放大器及预处理电路的线性区；

将各段的电子倍增增益相乘，计算出倍增电压从V₀增大到V_n时的总电子倍增增益G_n，其中，G_n＝G_0,1×G_1,2…G_i-1,i…G_n-1,n。

进一步的，测量第一段的电子倍增增益G_0,1的方法为：

打开光源，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为V₀时的输出信号，并调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号增大至Y₀，Y₀处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为V₀时的输出信号Y_0MIN；

打开光源，将倍增电压从V₀增大至V₁，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为V₁时的输出信号Y₁，查看Y₁的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，如果Y₁的值脱离了放大器及预处理电路的线性区，则减小V₁的取值，然后重新测量Y₁的值，直至Y₁的值处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为V₁时的输出信号Y_1MIN，计算出第一段的电子倍增增益G_0,1，计算公式为：

进一步的，测量第二段的电子倍增增益G_1,2的方法为：

打开光源，保持倍增电压的值不变，调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号减少至Y₁'，Y₁'处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_1MIN'；

打开光源，将倍增电压增大至V₂，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为V₂时的输出信号Y₂，查看Y₂的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，如果Y₂的值脱离了放大器及预处理电路的线性区，则减小V₂的取值，然后重新测量Y₂的值，直至Y₂的值处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为V₂时的输出信号Y_2MIN，计算出第二段的电子倍增增益G_1,2，计算公式为：

进一步的，测量第i段的电子倍增增益G_i-1,i的方法为：

打开光源，保持倍增电压的值不变，调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号减少至Y_i-1'，i为大于2且小于n的自然数，用于表示当前测量的倍增电压段数，Y_i-1'处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_(i-1)MIN'；

打开光源，将倍增电压增大至V_i，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为V_i时的输出信号Y_i，查看Y_i的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，如果Y_i的值脱离了放大器及预处理电路的线性区，则减小V_i的取值，然后重新测量Y_iMIN和Y_i的值，直至Y_i的值处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为V_i时的输出信号Y_iMIN，计算出第i段的电子倍增增益G_i-1,i，计算公式为：

进一步的，测量第n段的电子倍增增益G_n-1,n的方法为：

保持倍增电压的值不变，调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号值减少至Y_n-1'，Y_n-1'处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_(n-1)MIN'；

将倍增电压增大至V_n，测量CCD在没有光信号输入，倍增电压为V_n时的输出信号Y_nMIN，再打开光源，测量有光信号输入，倍增电压为V_n时的输出信号Y_n，查看Y_n的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，如果Y_n的值在放大器及预处理电路的线性区内，则计算出第n段的电子倍增增益G_n-1,n，计算公式为：

如果Y_n的值脱离了放大器及预处理电路的线性区，则在V_n-1和V_n之间再增加一个中间电压值V_m，先测量V_n-1和V_m之间的电子倍增增益G_n-1,m，测量方法与G_i-1,i的测量方法相同，再测量V_m和V_n之间的电子倍增增益G_m,n，测量方法与G_n-1,n的测量方法相同，最后计算第n段的电子倍增增益G_n-1,n，计算公式为：G_n-1,n＝G_n-1,m×G_m,n。

进一步的，调节CCD输入光信号强度的方法为调节积分球亮度、改变衰减片的衰减或调整积分时间。

一种CCD的电子倍增增益测量标定方法，包括以下步骤：

步骤S1、打开光源，测量有光信号输入且倍增电压为初始倍增电压V₀时CCD的输出信号，并调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号增大至Y₀，Y₀处于放大器及预处理电路的线性区内；其中，初始倍增电压V₀为CCD倍增增益为1时的电压值；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为初始倍增电压V₀时的输出信号Y_0MIN，

打开光源，增大倍增电压，使CCD的输出信号增大至Y₁，Y₁处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量在该倍增电压下，CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_1MIN，计算出第一段的电子倍增增益G_0,1，然后执行步骤S2，计算公式为：

步骤S2、保持倍增电压不变，打开光源，减少CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号减小至Y₀；

保持倍增电压不变，关闭光源，测量CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_(j-1)MIN'，j为大于或等于2的自然数，用于表示当前测量的倍增电压段数；

打开光源，增大倍增电压，使CCD的输出信号增大至Y₁，执行步骤S3；

步骤S3、比较此时倍增电压的值是否大于或等于最终倍增电压V_n，最终倍增电压V_n为需要标定及测试电子倍增增益的电压值；如果此时的倍增电压值大于或等于V_n，执行步骤S5，否则，执行步骤S4；

步骤S4、关闭光源，测量在该倍增电压下，CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_jMIN，计算出此段的电子倍增增益G_j-1,j，并返回执行步骤S2，计算公式为：

步骤S5、将倍增电压调节至V_n，测量此时CCD的输出信号Y_n，然后关闭光源，测量该倍增电压下，CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_nMIN，计算出该段的电子倍增增益G_n-1,n，执行步骤S6，计算公式为：

步骤S6、将计算得到的各段的电子倍增增益相乘，计算出倍增电压从V₀增大到V_n时的总电子倍增增益G_n。

进一步的，调节CCD输入光信号强度的方法为调节积分球亮度、改变衰减片的衰减或调整积分时间。

有益效果：本发明中，采用分段测量标定的方法将整体电子倍增增益等效为几个较小的分段电子倍增增益的测量，通过积分时间或光源强度的调节使得倍增电压增加前及增加后CCD输出信号均处于放大器及处理电路的线性区，使倍增电压增加前后的信号均远大于放大器及电路噪声，从而消除非线性及噪声对测量精度的影响。另外，分段电子倍增增益的测量可以采用直接计算图像平均灰度的方式实现，不受垂直及水平消影区的影响，具有较高的测量精度及可操作性。

附图说明

图1为本发明的测量系统连接示意图；

图2为本发明一个实施例的流程图；

图3为本发明另一实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在测试前，如图1所示连接积分球、光源控制箱、CCD、CCD驱动控制箱、上位机等部件，上位机用于控制CCD驱动控制箱和光源控制箱工作，并接受CCD发送的图像数据，进行后端处理，计算增益等。打开积分球、遮光板，将CCD放置于CCD驱动控制箱上，CCD驱动控制箱上电，驱动CCD工作，即可开始CCD的电子倍增增益测量标定；假设CCD的倍增增益等于1时的初始倍增电压V₀为8V，需要标定及测试电子倍增增益的最终倍增电压V_n为45V，放大器及外围电路线性区为：8/100V_饱和至80/100V_饱和；下面，通过具体的实施例对本发明的原理进行说明。

实施例1

如图2所示，本发明的一个实施例包括以下步骤：

步骤S1、在初始倍增电压V₀(8V)和最终倍增电压V_n(45V)之间从小到大依次选择(n-1)个中间电压V₁、V₂、…、V_i、…、V_n-1，将最终倍增电压V_n分为n段进行测量标定，假设选择三个中间电压25V、35V和43V，分成四段进行测量标定(即n＝4)。

步骤S2、分别测量标定出倍增电压从8V增大到25V时的电子倍增增益G_0,1，从25V增大到35V时的电子倍增增益G_1,2，从35V增大到43V时的电子倍增增益G_2,3，以及从43V增大到45V时的电子倍增增益G_3,4；在每段的电子倍增增益测量标定时，都必须确保CCD的输出信号均处于放大器及预处理电路的线性区；

测量第一段的电子倍增增益G_0,1的方法为：

打开光源，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为8V时的输出信号，并调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号增大至Y₀，由于Y₀必须处于放大器及预处理电路的线性区内，可以选择Y₀的值为8/100V_饱和；调节CCD输入光信号强度的方法为调节积分球亮度、改变衰减片的衰减或调整积分时间，下面以调节积分时间为例进行说明，通过增加积分时间增大CCD的输入光信号强度，从而增大CCD的输出信号，通过减少积分时间减小CCD的输入光信号强度，从而减小CCD的输出信号；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为8V时的输出信号Y_0MIN；

打开光源，将倍增电压从8V增大至25V，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为V₁时的输出信号Y₁，查看Y₁的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，假设Y₁的值小于80/100V_饱和，则说明放大过程处于放大器及预处理电路的线性区；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为25V时的输出信号Y_1MIN，通过公式计算出第一段的电子倍增增益G_0,1，计算公式为：

通过增大CCD的输入信号及减小每段的电子倍增增益，能够保证每段增益测量标定时CCD的输出信号均处于放大器及预处理电路的线性区，从而使得放大器噪声及处理电路噪声与测量信号相比均可忽略。

测量第二段的电子倍增增益G_1,2的方法为：

打开光源，保持倍增电压为25V不变，减少积分时间，使CCD的输出信号从Y₁减少至Y₁'，由于Y₁'必须处于放大器及预处理电路的线性区内；可以选择Y₁'的值为8/100V_饱和；

由于积分时间改变后CCD在暗场时的输出信号也会改变，因此需要重新测量CCD在暗场时的输出信号；关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_1MIN'；

打开光源，将倍增电压增大至35V，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为35V时的输出信号Y₂，查看Y₂的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，假设Y₂的值小于80/100V_饱和，则说明放大过程处于放大器及预处理电路的线性区；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为35V时的输出信号Y_2MIN，通过公式计算出第二段的电子倍增增益G_1,2，计算公式为：

测量第三段的电子倍增增益G_2,3的方法为：

打开光源，保持倍增电压为35V不变，减少积分时间，使CCD输出信号的值从Y₂减少至Y₂'，由于Y₂'必须处于放大器及预处理电路的线性区内；可以选择Y₂'的值为c；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_2MIN'；

打开光源，将倍增电压增大至43V，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为43V时的输出信号Y₃，查看Y₃的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，假设Y₃的值大于80/100V_饱和，则说明放大过程可能会脱离放大器及预处理电路的线性区，需要减小倍增电压的值，减小倍增电压至41V，重新测量Y₃的值，假设此时Y₃的值小于80/100V_饱和，则说明此时的放大过程处于放大器及预处理电路的线性区；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为41V时的输出信号Y_3MIN，按照此时测量得到的Y_3MIN和Y₃的值计算第3段的电子倍增增益G_2,3，计算公式为：

测量第四段的电子倍增增益G_3,4的方法为：

打开光源，保持倍增电压为41V不变，减少积分时间，使CCD输出信号的值从Y₃减少至Y₃'，由于Y₃'必须处于放大器及预处理电路的线性区内；可以选择Y₃'的值为8/100V_饱和；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_3MIN'；

打开光源，将倍增电压增大至45V，测量有光信号输入，倍增电压为45V时的输出信号Y₄，查看Y₄的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，假设Y₄的值小于80/100V_饱和，则说明放大过程处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入，倍增电压为45V时的输出信号Y_4MIN，计算出第4段的电子倍增增益G_3,4，计算公式为：

假设Y₄的值大于80/100V_饱和，则说明放大过程可能会脱离放大器及预处理电路的线性区，需要在41V和45V之间再增加一个中间电压V_m，假设选择中间电压V_m为44V，则先测量41V和44V之间的电子倍增增益G_3,m，测量方法如下：

由于倍增电压为41V时，在当前积分时间下Y₃'和Y_3MIN'的值已经测量得到，可不再重复测量Y₃'和Y_3MIN'；

将倍增电压调整至44V，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为44V时的输出信号Y_m，查看Y_m的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，假设Y_m的值小于80/100V_饱和，则说明放大过程处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入，倍增电压为44V时的输出信号Y_mMIN；计算出该段的电子倍增增益G_3,m，计算公式为：

然后测量44V和45V之间的电子倍增增益G_m,4，测量方法为：

保持倍增电压为44V不变，减少积分时间，使CCD输出信号的值从Y_m减少至Y_m'，由于Y_m'必须处于放大器及预处理电路的线性区内；可以选择Y_m'的值为8/100V_饱和；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_mMIN'；

打开光源，将倍增电压的值增大至45V，测量有光信号输入，倍增电压为45V时的输出信号Y₄，查看Y₄的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，假设Y₄的值小于80/100V_饱和，则说明放大过程处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入，倍增电压为45V时的输出信号Y_4MIN；计算出该段的电子倍增增益G_m,4，计算公式为：

再计算第四段的电子倍增增益G_3,4，计算公式为：G_3,4＝G_3,m×G_m,4。

步骤S3、将各段的电子倍增增益相乘，计算出倍增电压从8V增大到45V时的总电子倍增增益G_n，即，G_n＝G_0,1×G_1,2×G_2,3×G_3,4。

实施例2

如图3所示，本发明的另一实施例包括以下步骤：

步骤S1、打开光源，测量有光信号输入且倍增电压为初始倍增电压V₀(8V)时CCD的输出信号，并调节CCD的输入光信号强度，使CCD输出信号的值增大至Y₀，Y₀处于放大器及预处理电路的线性区内；

调节CCD输入光信号强度的方法为调节积分球亮度、改变衰减片的衰减或调整积分时间，下面以调节积分时间为例进行说明，通过增加积分时间增大CCD的输入光信号强度，从而增大CCD的输出信号，通过减少积分时间减小CCD的输入光信号强度，从而减小CCD的输出信号；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为8V时的输出信号Y_0MIN；

打开光源，增大倍增电压，使CCD的输出信号增大至Y₁，Y₁处于放大器及预处理电路的线性区内；

下面以选取Y₀的值为8/100V_饱和、选取Y₁的值为80/100V_饱和为例进行说明；假设倍增电压增大至26V时，CCD的输出信号增大至80/100V_饱和，则此时停止增大倍增电压，关闭光源，测量倍增电压为26V且CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_1MIN，然后计算出第一段的电子倍增增益G_0,1，计算公式为：

通过增大CCD的输入信号及减小每段的电子倍增增益，能够保证每段增益测量标定时CCD的输出信号均处于放大器及预处理电路的线性区，从而使得放大器噪声及处理电路噪声与测量信号相比均可忽略。

步骤S2、保持倍增电压为26V不变，打开光源，减少积分时间，使CCD的输出信号从80/100V_饱和减少至8/100V_饱和；

由于积分时间改变后CCD在暗场时的输出信号也会改变，因此需要重新测量CCD在暗场时的输出信号；关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_(j-1)MIN',j表示当前测量的倍增电压段数，由于此时测量的是第二段的倍增电压，因此j＝2,即,Y_(j-1)MIN'此时为Y_1MIN'；

打开光源，增大倍增电压，使CCD的输出信号增大至80/100V_饱和，假设倍增电压增大至39V时，CCD的输出信号增大至80/100V_饱和，则此时停止增大倍增电压，执行步骤S3；

步骤S3、比较此时倍增电压的值是否大于或等于最终倍增电压V_n(45V)；如果此时的倍增电压值大于或等于45V，执行步骤S5，否则，执行步骤S4；由于此时倍增电压的值小于45V，因此执行步骤S4；

步骤S4、关闭光源，测量在该倍增电压下，CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_2MIN(j＝2时的Y_jMIN)，计算出第二段的电子倍增增益G_1,2，并返回执行步骤S2，计算公式为：

步骤S2、保持倍增电压为39V不变，打开光源，减少积分时间，使CCD的输出信号从80/100V_饱和减少至8/100V_饱和；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_(j-1)MIN',由于此时测量的是第三段的倍增电压，因此j＝3,即,Y_(j-1)MIN'此时为Y_2MIN'；

打开光源，增大倍增电压，使CCD的输出信号增大至80/100V_饱和，假设倍增电压增大至43V时，CCD的输出信号增大至80/100V_饱和，则此时停止增大倍增电压，执行步骤S3；

步骤S3、比较此时倍增电压的值是否大于或等于45V；由于此时倍增电压的值小于45V，因此执行步骤S4；

步骤S4、关闭光源，测量在该倍增电压下，CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_3MIN(j＝3时的Y_jMIN)，计算出第三段的电子倍增增益G_2,3，并返回执行步骤S2，计算公式为：

步骤S2、保持倍增电压为43V不变，打开光源，减少积分时间，使CCD的输出信号从80/100V_饱和减少至8/₁₀₀V_饱和；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_(j-1)MIN',由于此时测量的是第四段的倍增电压，因此j＝4,即,Y_(j-1)MIN'此时为Y_3MIN'；

打开光源，增大倍增电压，使CCD的输出信号增大至80/100V_饱和，假设倍增电压增大至46V时，CCD的输出信号增大至80/100V_饱和，则此时停止增大倍增电压，执行步骤S3；

步骤S3、比较此时倍增电压的值是否大于或等于45V，由于此时倍增电压的值大于45V，因此执行步骤S5；

步骤S5、将倍增电压值调节至45V，测量倍增电压为45V时CCD的输出信号Y_n，由于倍增电压降低，Y_n的值必然小于80/100V_饱和，即，此时放大过程均处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量该倍增电压下，CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_nMIN，计算出该段的电子倍增增益G_n-1,n，执行步骤S6，计算公式为：

步骤S6、将计算得到的各段的电子倍增增益相乘，计算出倍增电压从8V增大到45V时的总电子倍增增益G_n，即，G_n＝G_0,1×G_1,2×G_2,3×G_n-1,n。

本发明通过分段测量标定的方法将整体电子倍增增益等效为几个较小的分段电子倍增增益的测量，通过积分时间或光源强度的调节使得倍增电压增加前及增加后CCD输出信号均处于放大器及处理电路的线性区，使倍增电压增加前后的信号均远大于放大器及电路噪声，从而消除了非线性及噪声对测量精度的影响，具有较高的测量精度及可操作性。

本发明未描述部分与现有技术一致，在此不做赘述。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种CCD的电子倍增增益测量标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

在初始倍增电压V₀和最终倍增电压V_n之间从小到大依次选择(n-1)个中间电压V₁、V₂、…、V_i、…、V_n-1，将最终倍增电压V_n分为n段进行测量标定，其中，初始倍增电压V₀为CCD的倍增增益等于1时的电压值，最终倍增电压V_n为需要标定及测试电子倍增增益的电压值；

分别测量标定出倍增电压从V₀增大到V₁时的电子倍增增益G_0,1，从V₁增大到V₂时的电子倍增增益G_1,2，…，从V_i-1增大到V_i时的电子倍增增益G_i-1,i，…，以及从V_n-1增大到V_n时的电子倍增增益G_n-1,n,确保每段的电子倍增增益测量标定时，CCD的输出信号均处于放大器及预处理电路的线性区；

将各段的电子倍增增益相乘，计算出倍增电压从V₀增大到V_n时的总电子倍增增益G_n，其中，G_n＝G_0,1×G_1,2…G_i-1,i…G_n-1,n；

测量第一段的电子倍增增益G_0,1的方法为：

打开光源，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为V₀时的输出信号，并调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号增大至Y₀，Y₀处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为V₀时的输出信号Y_0MIN；

打开光源，将倍增电压从V₀增大至V₁，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为V₁时的输出信号Y₁，查看Y₁的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，如果Y₁的值脱离了放大器及预处理电路的线性区，则减小V₁的取值，然后重新测量Y₁的值，直至Y₁的值处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为V₁时的输出信号Y_1MIN，计算出第一段的电子倍增增益G_0,1，计算公式为：

2.根据权利要求1所述的CCD的电子倍增增益测量标定方法，其特征在于，测量第二段的电子倍增增益G_1,2的方法为：

打开光源，保持倍增电压的值不变，调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号减少至Y₁'，Y₁'处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_1MIN'；

打开光源，将倍增电压增大至V₂，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为V₂时的输出信号Y₂，查看Y₂的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，如果Y₂的值脱离了放大器及预处理电路的线性区，则减小V₂的取值，然后重新测量Y₂的值，直至Y₂的值处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为V₂时的输出信号Y_2MIN，计算出第二段的电子倍增增益G_1,2，计算公式为：

3.根据权利要求2所述的CCD的电子倍增增益测量标定方法，其特征在于，测量第i段的电子倍增增益G_i-1,i的方法为：

打开光源，保持倍增电压的值不变，调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号减少至Y_i-1'，i为大于2且小于n的自然数，用于表示当前测量的倍增电压段数，Y_i-1'处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_(i-1)MIN'；

打开光源，将倍增电压增大至V_i，测量CCD在有光信号输入且倍增电压为V_i时的输出信号Y_i，查看Y_i的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，如果Y_i的值脱离了放大器及预处理电路的线性区，则减小V_i的取值，然后重新测量Y_iMIN和Y_i的值，直至Y_i的值处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为V_i时的输出信号Y_iMIN，计算出第i段的电子倍增增益G_i-1,i，计算公式为：

4.根据权利要求3所述的CCD的电子倍增增益测量标定方法，其特征在于，测量第n段的电子倍增增益G_n-1,n的方法为：

保持倍增电压的值不变，调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号值减少至Y_n-1'，Y_n-1'处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量CCD此时的输出信号Y_(n-1)MIN'；

将倍增电压增大至V_n，测量CCD在没有光信号输入，倍增电压为V_n时的输出信号Y_nMIN，再打开光源，测量有光信号输入，倍增电压为V_n时的输出信号Y_n，查看Y_n的值是否处于放大器及预处理电路的线性区内，如果Y_n的值在放大器及预处理电路的线性区内，则计算出第n段的电子倍增增益G_n-1,n，计算公式为：

如果Y_n的值脱离了放大器及预处理电路的线性区，则在V_n-1和V_n之间再增加一个中间电压值V_m，先测量V_n-1和V_m之间的电子倍增增益G_n-1,m，测量方法与G_i-1,i的测量方法相同，再测量V_m和V_n之间的电子倍增增益G_m,n，测量方法与G_n-1,n的测量方法相同，最后计算第n段的电子倍增增益G_n-1,n，计算公式为：G_n-1,n＝G_n-1,m×G_m,n。

5.根据权利要求2-4任一项所述的CCD的电子倍增增益测量标定方法，其特征在于，调节CCD输入光信号强度的方法为调节积分球亮度、改变衰减片的衰减或调整积分时间。

6.一种CCD的电子倍增增益测量标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、打开光源，测量有光信号输入且倍增电压为初始倍增电压V₀时CCD的输出信号，并调节CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号增大至Y₀，Y₀处于放大器及预处理电路的线性区内；其中，初始倍增电压V₀为CCD倍增增益为1时的电压值；

关闭光源，测量CCD在没有光信号输入且倍增电压为初始倍增电压V₀时的输出信号Y_0MIN，

打开光源，增大倍增电压，使CCD的输出信号增大至Y₁，Y₁处于放大器及预处理电路的线性区内；

关闭光源，测量在该倍增电压下，CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_1MIN，计算出第一段的电子倍增增益G_0,1，然后执行步骤S2，计算公式为：

步骤S2、保持倍增电压不变，打开光源，减少CCD的输入光信号强度，使CCD的输出信号减小至Y₀；

保持倍增电压不变，关闭光源，测量CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_(j-1)MIN'，j为大于或等于2的自然数，用于表示当前测量的倍增电压段数；

打开光源，增大倍增电压，使CCD的输出信号增大至Y₁，执行步骤S3；

步骤S3、比较此时倍增电压的值是否大于或等于最终倍增电压V_n，最终倍增电压V_n为需要标定及测试电子倍增增益的电压值；如果此时的倍增电压值大于或等于V_n，执行步骤S5，否则，执行步骤S4；

步骤S4、关闭光源，测量在该倍增电压下，CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_jMIN，计算出此段的电子倍增增益G_j-1,j，并返回执行步骤S2，计算公式为：

步骤S5、将倍增电压调节至V_n，测量此时CCD的输出信号Y_n，然后关闭光源，测量该倍增电压下，CCD在没有光信号输入时的输出信号Y_nMIN，计算出该段的电子倍增增益G_n-1,n，执行步骤S6，计算公式为：

步骤S6、将计算得到的各段的电子倍增增益相乘，计算出倍增电压从V₀增大到V_n时的总电子倍增增益G_n。

7.根据权利要求6所述的CCD的电子倍增增益测量标定方法，其特征在于，调节CCD输入光信号强度的方法为调节积分球亮度、改变衰减片的衰减或调整积分时间。

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