多抽头EMCCD时序控制及非均匀性校正研究
发布时间：2021-04-29 12:11
随着EMCCD的快速发展,其已经成为微光成像领域的核心器件之一,被广泛应用到军事、天文等领域。EMCCD可以在固态级就实现电荷倍增的效果,特别适合在微光条件下工作。因其具有高分辨率、高帧频、低读出噪声和高量子效率等特点,在大口径望远镜的自适应光学系统中有着重要应用。深入研究EMCCD传感器的成像机理,完成其驱动时序发生器的设计,解决由于多抽头读出引起的成像质量不均匀的问题,对高性能EMCCD相机的整机国产化研发有着重要意义。首先本文对基本的EMCCD器件工作原理进行分析,建立电子倍增CCD的光电转换模型,重点研究其电子倍增部分的物理模型,得出EMCCD的通道传输方程。通过测量实际相机的电子倍增增益,确定了电子增益的测量方法,并验证了光电转换模型能够与实际器件的倍增曲线相吻合。光电转换模型的正确搭建对指导后续的多抽头驱动时序发生器设计以及非均匀性校正研究具有重大意义。为保证多抽头EMCCD相机能够正常稳定的工作,其极为关键的是驱动信号的产生及输出信号的处理。基于8抽头的CCD220传感器设计了2000帧/秒级高速、高精度、多路同步时序发生器,并通过时序控制的方法在CCD器件上实现了多种像...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 图像传感器简介
1.2 电子倍增CCD国内外发展现状
1.2.1 高速高灵敏度EMCCD图像传感器及相机国外发展现状
1.2.2 高速高灵敏度EMCCD图像传感器及相机国内发展现状
1.3 研究背景及意义
1.4 论文研究内容及结构
第2章 电子倍增CCD工作原理及特点分析
2.1 EMCCD工作原理
2.2 CCD220 基本特性
2.3 电子倍增CCD的光电转换模型
2.4 倍增增益测量方法
2.4.1 基于EMVA1288 标准的测量方法
2.4.2 基于统计的测量方法
2.4.3 Andor888 相机的电子倍增增益测试
2.5 本章小结
第3章 多抽头高精度时序发生器设计
3.1 CCD220 时序过程
3.2 CCD220 的驱动方案设计
3.3 CCD像元合并方法
3.4 EMCCD相机像元合并的具体实现方式
3.5 本章小结
第4章 基于CCD220 的非均匀性校正
4.1 非均匀性基本特性
4.2 传统图像传感器非均匀性校正方法
4.2.1 两点校正法
4.2.2 多点校正法
4.2.3 多项式拟合校正算法
4.2.4 基于场景的校正算法
4.3 基于电子倍增模型的EMCCD非均匀性校正模型
4.4 CCD220 校正实现
4.5 本章小结
第5章 EMCCD相机整机调试与测试
5.1 驱动电路调试
5.2 测试平台搭建
5.3 测试方案、实验及结果分析
5.3.1 测试指标计算方法
5.3.1.1 测试基本概念
5.3.1.2 系统总增益
5.3.1.3 读出噪声
5.3.1.4 饱和容量
5.3.1.5 动态范围
5.3.1.6 信噪比
5.3.1.7 非线性度
5.3.1.8 暗电流
5.3.1.9 暗场非一致性(DSNU)
5.3.1.10 光子相应非一致性PRNU
5.3.2 测试结果
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向深空探测的CCD多像元合并设计与验证[J]. 周博,李春来,李飞飞,王礼庆. 红外. 2018(04)
[2]基于EMCCD相机的全天时大气相干长度测量系统[J]. 张雷,佟首峰,赵馨. 激光与红外. 2018(02)
[3]CCD数字像元的合并方法及其应用[J]. 常振,王煜,司福祺,周海金,赵敏杰,刘文清. 光学精密工程. 2017(08)
[4]利用普通CCD实现百万帧/秒超高速成像的时序驱动技术[J]. 杨少华,李斌康,郭明安,刘璐,罗通顶,李刚,高帅. 光学精密工程. 2016(08)
[5]基于EMCCD的光子计数成像方法与实验[J]. 张磊,石峰,邹燕,张龙,何伟基,程宏昌,顾国华,陈钱. 红外与激光工程. 2015(01)
[6]多通道TDICCD成像系统的非均匀性校正[J]. 郑亮亮. 红外与激光工程. 2014(S1)
[7]基于USB3.0的EMCCD相机高速数据传输系统的研究[J]. 李达伦,李彬华,晏佳. 天文研究与技术. 2014(03)
[8]EMCCD图像自适应模糊中值滤波算法研究[J]. 齐蕾,张闻文,陈钱,顾国华. 红外与激光工程. 2013(11)
[9]电子倍增CCD驱动电路设计[J]. 白玉栋,张守才. 光电技术应用. 2013(03)
[10]EMCCD相机数字控制系统的VHDL设计[J]. 谢云,李彬华,何春. 现代电子技术. 2013(12)
博士论文
[1]科学级CCD成像系统关键技术研究[D]. 林胜钊.中国科学技术大学 2016
[2]EMCCD相机致冷技术研究[D]. 何凯.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[3]电子倍增CCD的倍增机理研究[D]. 张灿林.南京理工大学 2015
[4]空间生命科学实验共焦显微技术研究[D]. 鞠洪伟.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[5]高精度全天时星敏感器关键技术研究[D]. 何家维.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[6]星上成像均匀性及实时自动调光的研究[D]. 朱宏殷.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[7]APD光子计数成像技术研究[D]. 寇松峰.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]用于空间碎片监测的科学级CCD相机研制[D]. 徐艺灵.中国科学技术大学 2018
[2]水下低照度相机电子学系统的设计与实现[D]. 侯昱辰.大连海事大学 2017
[3]电子倍增CCD成像性能测试系统研究[D]. 余敏.南京理工大学 2017
[4]基于EMCCD成像器的信息采集处理系统硬件设计[D]. 冯兆辉.北京工业大学 2016
[5]EMCCD成像系统电路设计[D]. 程亮.南京理工大学 2016
[6]EMCCD成像性能参数测试方法研究[D]. 刘婧婧.南京理工大学 2015
[7]EMCCD相机数模电路与系统的优化与测试[D]. 晏佳.昆明理工大学 2014
[8]EMCCD驱动电路设计与优化[D]. 黄强强.南京理工大学 2014
[9]用于日光鬼成像的EMCCD驱动和数据采集[D]. 肖鑫.西安电子科技大学 2014
本文编号：3167506
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 图像传感器简介
1.2 电子倍增CCD国内外发展现状
1.2.1 高速高灵敏度EMCCD图像传感器及相机国外发展现状
1.2.2 高速高灵敏度EMCCD图像传感器及相机国内发展现状
1.3 研究背景及意义
1.4 论文研究内容及结构
第2章 电子倍增CCD工作原理及特点分析
2.1 EMCCD工作原理
2.2 CCD220 基本特性
2.3 电子倍增CCD的光电转换模型
2.4 倍增增益测量方法
2.4.1 基于EMVA1288 标准的测量方法
2.4.2 基于统计的测量方法
2.4.3 Andor888 相机的电子倍增增益测试
2.5 本章小结
第3章 多抽头高精度时序发生器设计
3.1 CCD220 时序过程
3.2 CCD220 的驱动方案设计
3.3 CCD像元合并方法
3.4 EMCCD相机像元合并的具体实现方式
3.5 本章小结
第4章 基于CCD220 的非均匀性校正
4.1 非均匀性基本特性
4.2 传统图像传感器非均匀性校正方法
4.2.1 两点校正法
4.2.2 多点校正法
4.2.3 多项式拟合校正算法
4.2.4 基于场景的校正算法
4.3 基于电子倍增模型的EMCCD非均匀性校正模型
4.4 CCD220 校正实现
4.5 本章小结
第5章 EMCCD相机整机调试与测试
5.1 驱动电路调试
5.2 测试平台搭建
5.3 测试方案、实验及结果分析
5.3.1 测试指标计算方法
5.3.1.1 测试基本概念
5.3.1.2 系统总增益
5.3.1.3 读出噪声
5.3.1.4 饱和容量
5.3.1.5 动态范围
5.3.1.6 信噪比
5.3.1.7 非线性度
5.3.1.8 暗电流
5.3.1.9 暗场非一致性(DSNU)
5.3.1.10 光子相应非一致性PRNU
5.3.2 测试结果
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向深空探测的CCD多像元合并设计与验证[J]. 周博,李春来,李飞飞,王礼庆. 红外. 2018(04)
[2]基于EMCCD相机的全天时大气相干长度测量系统[J]. 张雷,佟首峰,赵馨. 激光与红外. 2018(02)
[3]CCD数字像元的合并方法及其应用[J]. 常振,王煜,司福祺,周海金,赵敏杰,刘文清. 光学精密工程. 2017(08)
[4]利用普通CCD实现百万帧/秒超高速成像的时序驱动技术[J]. 杨少华,李斌康,郭明安,刘璐,罗通顶,李刚,高帅. 光学精密工程. 2016(08)
[5]基于EMCCD的光子计数成像方法与实验[J]. 张磊,石峰,邹燕,张龙,何伟基,程宏昌,顾国华,陈钱. 红外与激光工程. 2015(01)
[6]多通道TDICCD成像系统的非均匀性校正[J]. 郑亮亮. 红外与激光工程. 2014(S1)
[7]基于USB3.0的EMCCD相机高速数据传输系统的研究[J]. 李达伦,李彬华,晏佳. 天文研究与技术. 2014(03)
[8]EMCCD图像自适应模糊中值滤波算法研究[J]. 齐蕾,张闻文,陈钱,顾国华. 红外与激光工程. 2013(11)
[9]电子倍增CCD驱动电路设计[J]. 白玉栋,张守才. 光电技术应用. 2013(03)
[10]EMCCD相机数字控制系统的VHDL设计[J]. 谢云,李彬华,何春. 现代电子技术. 2013(12)
博士论文
[1]科学级CCD成像系统关键技术研究[D]. 林胜钊.中国科学技术大学 2016
[2]EMCCD相机致冷技术研究[D]. 何凯.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[3]电子倍增CCD的倍增机理研究[D]. 张灿林.南京理工大学 2015
[4]空间生命科学实验共焦显微技术研究[D]. 鞠洪伟.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[5]高精度全天时星敏感器关键技术研究[D]. 何家维.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[6]星上成像均匀性及实时自动调光的研究[D]. 朱宏殷.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[7]APD光子计数成像技术研究[D]. 寇松峰.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]用于空间碎片监测的科学级CCD相机研制[D]. 徐艺灵.中国科学技术大学 2018
[2]水下低照度相机电子学系统的设计与实现[D]. 侯昱辰.大连海事大学 2017
[3]电子倍增CCD成像性能测试系统研究[D]. 余敏.南京理工大学 2017
[4]基于EMCCD成像器的信息采集处理系统硬件设计[D]. 冯兆辉.北京工业大学 2016
[5]EMCCD成像系统电路设计[D]. 程亮.南京理工大学 2016
[6]EMCCD成像性能参数测试方法研究[D]. 刘婧婧.南京理工大学 2015
[7]EMCCD相机数模电路与系统的优化与测试[D]. 晏佳.昆明理工大学 2014
[8]EMCCD驱动电路设计与优化[D]. 黄强强.南京理工大学 2014
[9]用于日光鬼成像的EMCCD驱动和数据采集[D]. 肖鑫.西安电子科技大学 2014
本文编号：3167506
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