CCD摄像机技术的发展及应用

介绍了CCD技术的发展和未来CCD市场的需求.讨论了CCD传感器需改进的几个问题和CCD摄像机技术性能的优化指标.阐述了CCD应用及其发展趋势.     

CCD固体摄像器件的发展现状

本文主要介绍国外可见CCD、X射线CCD、电子轰击CCD、虚相CCD、TDI-CCD、向帧速CCD和SuperCCD等固体摄像器件的最新发展现状以及未来发展趋势。     

电荷耦合器件消拖影后非线性测定

随着电荷耦合器件（CCD）技术的迅速发展,CCD在光度检测中的应用越来越为人们所关注,如在CCD图像传感系统中,直接运用CCD列阵作为光电探测器件,测试光学系统及CCD成像系统的调制传递函数,其关键之一在于CCD光探测器的非线性。然而,CCD采集的图像都具有拖影。为了测量CCD芯片的非线性,提出一种定量测量CCD芯片响应非线性的实验方法,通过实验获得探测器输出信号与光照度数据,对图像进行消拖影;进而进行曲线拟合,得到了CCD芯片的响应非线性曲线。     

我国CCD摄影机产业的现况与展望

CCD摄影机在解析度、灵敏度等性能上不断提高,亦将朝著更小型化、轻量化迈进。随著CCD用途的扩十与普及化,CCTV摄影机开始大量使用CCD元件,CCD晶片组的产量,逐渐扩大彩色摄影机的产品比例。至於数位化的发展趋势,也将使CCD摄影机从传统的安全器材产品领域,开始跨入多媒体应用与通讯传输的世界。 CCD攝影机最新发展动向曰本CCD摄影机最新发展动向与市场分析我国CCD摄影机产业的现况与展望 CCD攝影机全球市场分析数位电子照像机最新发展动向     

CCD图像传感器发展与应用

主要介绍了线阵CCD、面阵CCD、帧转移CCD、ITO-CCD和电子倍增CCD等图像传感器的发展现状.以CMOS器件作为比较,探讨和研究CCD图像传感器的应用领域以及未来发展趋势.     

CCD的转移噪声对CCD相关器的影响和CCD的并联应用

本文在理论上分析了CCD的转移噪声对CCD相关器输出信噪比的影响;指出了CCD多路并联应用的有效性。最后给出了CCD双路并联应用的实验结果,并对单路与双路CCD在CCD相关器中的实验结果进行了比较,表明了这一方法的可行性。     

基于FPGA的帧转移面阵CCD驱动电路设计

针对e2V公司的CCD67 Back Illuminated NIMO型CCD,对其驱动能力进行详细的分析;选用LM117T和LM317T设计CCD所需的偏置电压;DS0026来完成设计CCD驱动器;Altera公司的可编程逻辑器件EPF10K30R1240—4来设计CCD的驱动时序。实验结果表明,设计的CCD驱动电路可以满足CCD的各项驱动要求。     

532nm激光对面阵和线阵CCD损伤效应实验研究

为了研究面阵CCD和线阵CCD由结构差异所致激光损伤效应的区别,针对这两种类型CCD器件进行了机理分析和对比实验研究。分别测量出波长为532nm的激光对线阵CCD和面阵CCD图像传感器的光饱和串音阈值、所有像素串音阈值和硬损伤阈值。结果表明,面阵CCD的光饱和串音阈值和永久破坏阈值比线阵CCD低,而串音扩散到所有像素的阈值高于后者。反映出线阵CCD由于其1维结构更能抵抗激光的干扰和破坏,而面阵CCD在抵御饱和串音在像素间扩散上比线阵CCD有优势。     

高能X光闪光照相中CCD相机的MTF

鉴于CCD相机系统在奈奎斯特频率附近出现的较严重的像元对信号的调制现象,提出了一种空间全分辨的概念,对CCD的调制传递函数(MTF)进行了分析.模拟了高能X光闪光照相环境及CCD器件性能参数对CCD的MTF的影响.得出了CCD相机极限分辨率的决定因素是CCD像元尺寸,高能X光闪光照相环境是影响CCD的MTF的重要因素的结论.在CCD像元尺寸受限的情况下,尽量减少高能X光闪光照相环境的影响成为改善CCD相机MTF的最有效途径.     

谈谈新型3CCD摄像机

最近JVC公司推出了新型的500万像素GR-X5AC 3CCD数码摄像机，它带有静态拍摄功能，以及松下最新的408GK 3CCD数码摄像机。过去，DV的图像传感器大多是单CCD的，后来也有过3CCD的（传统3CCD），比起传统的3CCD来，这两款都技高一筹。     

不同偏置下CCD器件γ射线及质子辐射研究

电荷耦合器件(CCD)是用于空间光电系统可见光成像的图像传感器,在空间应用环境下受辐射效应作用导致CCD性能退化甚至失效。对于CCD空间辐射效应的地面模拟试验研究,辐照试验中CCD采用合适的偏置条件是分析其空间辐射损伤的必要措施。由于CCD对质子辐照导致的电离总剂量效应和位移损伤效应均非常敏感,因此针对CCD空间应用面临的电离总剂量效应和位移损伤效应威胁,开展不同辐照偏置下CCD的辐射效应及损伤机理研究。针对一款国产埋沟CCD器件,开展不同偏置条件下的γ射线和质子辐照试验,获得了CCD的暗电流、光谱响应等辐射敏感参数的电离总剂量效应,位移损伤效应退化规律以及辐照偏置对CCD辐射效应的影响机制。研究表明,γ射线辐照下CCD的偏置产生重要影响,质子辐照下没有明显的偏置效应。根据CCD结构和辐照后的退火试验结果,对CCD的辐射效应损伤机理进行分析。     

嵌入式系统的制冷CCD相机

根据天文摄影中CCD的工作特性,提出了基于嵌入式技术制冷CCD相机的新方法,以ARM微处理器为硬件平台设计了嵌入式制冷CCD相机,并在低照度下的天文观测中取得了良好的效果.基于天文制冷CCD的具体特性和对信号数据输出的要求,选用CXD1267和AD9826分别设计CCD的列转移驱动时序和CCD的水平读出时序.通过微处理器定时中断,实现对CCD制冷温度的实时控制.分析了科学级CCD噪声的种类及来源,通过实验得到了温度、曝光时间与暗电流噪声的关系以及CCD的读出速率与读出噪声的关系.进而在硬件和软件上采取了相应的措施有效地降低了CCD的噪声.     

大视场遥感相机的时间延迟积分电荷耦合器件测试系统

为了在基于多片CCD拼接的大视场遥感相机研制时挑选高性能和性能一致的CCD,提出了一种CCD性能参数测试系统。首先,介绍了该测试系统的各部分组成和功能。其次,阐述了该测试系统的核心部分CCD成像评估电路关键技术,提出了基于电荷泵的CCD时序驱动策略和闭环自动可调电压供电策略。然后,针对多片CCD拼接时主要考虑的一致性参数CCD像元响应非均匀性、盲像元、过热及过冷像元,提出了基于图像处理的CCD性能测试方法。最后,测试系统对XX-X遥感相机的17片CCD性能进行了测试。结果表明,待测的各片CCD参数性能指标均符合项目的设计要求。其中,各片CCD响应非均匀性均小于5%,响应度大于985 V/(J.cm-2),动态范围大于2 320:1。测试系统可以全面地评价待选用的各片CCD性能。     

提高CCD测量精度的方法研究

为了大幅提高CCD的测量精度,提出了一种全新的CCD使用方法。该方法是将像素间距为H的CCD器件的像素行沿与被测边缘垂直方向成一定角度α来进行摆放。此时,单线阵CCD的最大测量误差减小为H×cosα,N个线阵CCD等距错排并以α角度斜放,最大测量误差将减小为(Hcosα)/N,当列间距为h的面阵CCD沿被测对象轴向斜放时,最大测量误差减小为h×sinα。分别采用单CCD和双CCD,对直径为5.000,8.000和12.000mm的三个标准杆件的直径进行了测量。结果表明,双CCD斜放,可获得更高的测量精度。该方法可从理论上彻底打破CCD像素间距的限制,并使CCD的测量精度大幅度地提高,进一步拓展CCD的应用范围。     

导轨运动误差对CCD拼接影响分析

对于大视场、高分辨率空间CCD相机,多片CCD拼接技术仍是目前解决单片CCD线阵像元数目及其长度不能满足需求的主要手段,多片CCD器件的拼接精度直接影响CCD焦平面子系统的成像质量。焦平面CCD器件的拼接是在专用工具CCD拼接仪上完成的,CCD拼接仪的综合拼接误差决定了CCD器件的拼接精度。本文基于三坐标测量机的测量误差空间数学模型,推导出了由于直线导轨的运动误差引起的CCD拼接仪系统拼接误差的完整计算公式,通过对公式进行分析并实例计算,结果表明除了直线导轨的线位移运动误差外,由于直线导轨的角位移运动误差引起的阿贝拼接误差也是CCD拼接仪系统拼接误差的重要组成部分,而且由于CCD拼接仪的仪器构成特点以及三维空间工作特性,很难通过优化仪器布局来同时消除所有方向的阿贝误差。通过对各种消除或减小CCD拼接仪系统拼接误差的方法进行探讨,得出结论：采用误差补偿技术是减小CCD拼接仪系统拼接误差的有效方法。     

大视场空间相机CCD 性能测试及筛选方法

空间相机使用CCD 拼接技术组成长焦平面,可有效地增加空间相机的视场和幅宽。拼接 CCD 之间的性能差异会影响空间相机的成像质量,为了在大视场空间相机研制时挑选高性能且性能一致的CCD,提出了一种大视场空间相机CCD 性能测试与筛选方法。首先,介绍了CCD 的成像电路设计、以及CCD 光谱特性和辐射特性的测试方法。然后,介绍了CCD 的筛选流程,第一步是从各 CCD 裸片的几何特性、信噪比、相对光谱响应、响应非均匀性、非线性、暗电流以及动态范围等角度进行筛选,将不满足指标的CCD 剔除,第二步是依据辐射响应一致性筛选出满足要求的CCD,通过数据分析比较得出饱和辐照度筛选法优于响应度筛选法。最后,采用饱和辐照度筛选法从10 片CCD 中筛选出饱和辐照度一致性最好的4 片CCD,饱和辐照度相对偏差为0.23%,该组CCD 已经被应用于某大视场空间相机的研制,并获得了良好的效果。     

CCD位数和光圈大小对采样信号质量影响的研究

类似CCD这样记录二维信息的传感器在诸多研究领域都有重要的应用。CCD的位数是涉及信号质量、价格和数据传输速度等方面的一个重要指标。CCD光圈也是影响信号质量的一个重要因素。采用数值模拟的方法,从信号的标准差和功率谱的角度讨论了CCD的采样位数和光圈调整对信号保真的影响,并给出了CCD的最佳工作状态图。结果表明,4位和6位CCD采样信号失真较大,而8位CCD,只有操作得当,才可以和12位CCD一样不失真地反映出真实的信号信息。根据模拟结果得出CCD的最佳工作状态图,为CCD的采集提供很好的理论指导,有一定的现实意义。     

TDI CCD视频响应性能的高精度检测

TDI CCD主要应用于空间遥感和科学实验中,为了解决TDI CCD性能检测过程中精度不够高、检测方法不够准确等问题,提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD性能检测方法。首先,增加TDI CCD视频信号的增益可调范围和视频AD的量化位数,尽可能高地提取出TDI CCD的噪声;其次,改变TDI CCD接收的辐照度,制定TDI CCD各项视频响应性能的检测方法;最后,提出TDI CCD各项视频响应的准确计算方法,确定测量不确定度。实验结果表明:和以前测量方法相比,暗电流信号和CCD噪声的测量不确定度减小了10倍,其他视频响应性能的不确定度也减小了5倍多,因此,现有测量方法提高了TDI CCD视频响应的检测精度和准确性。     

1064 nm激光光热效应对CCD探测器干扰实验研究

为了研究激光的光热效应对CCD探测器的干扰效应,利用1064 nm激光开展了对CCD探测器的干扰实验。实验采集数字图像的处理分析可明显观察到1064 nm激光对于CCD探测器的串扰现象。进行了激光照射CCD探测器随时间变化产生热噪声差对比实验,观察到了激光光热效应对于CCD探测器的干扰效果。实验表明CCD探测器表面温度随1064 nm激光辐照功率的升高而逐渐升高的现象,由于光热效应带来的图像热噪声明显影响到了CCD探测器的成像效果。由于硅基CCD探测器对1064 nm波长的低光电响应率,研究光热效应对CCD探测器干扰效应尤为重要。     

CCD区域倍频读出及其对成像的影响

在某空间项目中,需要使用一款指定的CCD传感器研制一套用于空间成像的CCD摄像机系统,并且要求图像的帧频高于CCD传感器的标准帧频。简单的超频读出CCD会使摄像机的信噪比下降。文中首先分析了CCD摄像机在空间条件下影响成像信噪比的多种原因,发现读出噪声对输出图像的信噪比影响是最大的。使用区域倍频读出方法来提高CCD摄像机的输出帧频,即在图像的水平和垂直方向都使用4倍的时钟读出部分像元。最后把区域倍频读出CCD的图像信号和整体超频读出CCD的图像信号进行了信噪比对比检测,测试结果表明区域倍频读出的CCD图像质量较好。