不同光照条件下科学级CCD相机噪声特性研究

CCD具有量子效率高、几何失真小、噪声低及实时采集和处理能力。因此,用CCD记录图像使天文观察效率显著提高,天文数据质量大为改善。但在用CCD相机进行星体探测时,多数情况下星体的背景具有一定的噪声,该噪声会对探测结果产生影响。为了解背景对探测结果的影响,本文通过在不同光照度条件下对CCD相机的时间噪声等效曝光量和空间噪声等效曝光量进行测量与分析,得到了对CCD输出图像质量产生主要影响的噪声以及时间噪声等效曝光量和空间噪声等效曝光量随光照度变化的规律。     

基于CDS技术的CCD噪声信号处理

在CCD信号采集系统中,当CCD像元读出频率较高时,其复位噪声已成为CCD噪声源中不可忽视的重要部分.针对CCD输出噪声特点,建立噪声传输函数及其分析模型,利用相关双采样(CDS)技术对CCD输出信号中的复位噪声进行了理论分析和相关测试.结果表明,只要选择合适的采样时间,可以最大限度地抑制复位噪声.     

红外热像仪时间噪声测量技术研究

在对红外热像仪的测量中,噪声是评价红外热像仪性能的主要参数。噪声参数包括时间域噪声和空间域噪声,时间域噪声可分为高频时间噪声和低频时间噪声(即1/f噪声);空间域噪声可分为高频空间噪声(即固定模式噪声FPN)和低频空间噪声(非均匀性噪声)。对高频时间噪声和低频时间噪声进行了严格的区分和定义;给出了在短时间内忽略低频时间噪声时高频噪声NETD的计算模型;在不忽略低频时间噪声时计算高频噪声等效温差的数学计算模型和测量方法;对高频时间域NETD测量结果进行了不确定度分析与评价。     

基于噪声估计和三维DCT的CCD图像去噪

电荷耦合器件(CCD),作为数码相机的核心器件,在成像过程中会产生依赖于信号的噪声。文中提出了一种基于噪声估计和三维DCT的CCD图像降噪方法。该方法建立了一种新的噪声模型,并先准确估计CCD的噪声水平函数(NLF),然后对利用非局部思想搜索出来的相似块群,进行三维DCT,最后对高频系数做自适应阈值处理,从而达到降噪的目的。实验证明,该方法对CCD噪声图像具有很好的去噪效果,甚至可以媲美目前去噪效果最好的Non-localMeans(NLM)算法和BM3D算法。     

强激光近场分布测量中科学级CCD 的非均匀性校正

首先分析了引起CCD 非均匀性的原因,将其归纳为两个方面,一为因制作工艺、材料、偏置等因素引起的空间噪声,二为CCD 响应特性随时间的漂移而引起的时间噪声,两者的共同作用将严重影响CCD 的测量性能。为了能够定量描述空间噪声和时间噪声对CCD 产生非均匀性的影响,文中基于CCD 光电响应曲线呈线性状态这一假设建立了CCD 光电响应的数学模型,然后在该模型的基础上提出了利用最小二乘法来估计校正系数,从而消除CCD 的非均匀性,实验证明该算法是有效的。     

像增强型CCD的噪声抑制和性能评价

为了有效降低像增强型CCD(ICCD)的噪声,提高系统信噪比并实现对图像噪声的评估.引入三维噪声数学模型,将ICCD输出数帧图像噪声按时间域和空间域划分为7项噪声.基于积分球光源系统建立了三维噪声测量系统,结合数字图像处理技术,经过试验统计和分析采用多帧积累设定波动阈值的办法有效地抑制了紫外成像仪关键器件ICCD的图像噪声,使图像噪声降低30%,信噪比提高57.6%.并应用三维噪声分析方法对噪声抑制前后的效果实现客观评价.三维噪声分析表明,该方法有效地降低了由于ICCD各种随机噪声而带来的时间域噪声,提高了ICCD输出图像的信噪比,同时也证明三维噪声分析法为评价微光成像器件的图像质量提供了一种可行方法.     

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。     

CCD噪声对星敏感器星点定位精度的影响

星点测量精度是表征星敏感器精度的一个重要指标,影响该精度的主要因素有：光学系统误差、图像传感器的噪声、电路噪声及软件算法等。图像传感器的噪声对星点定位精度的影响是不容忽视的,但很少对此进行研究。针对某给定参数的星敏感器,对TH7890M CCD图像传感器的各项噪声进行了定量计算;基于亚像素细分质心算法,针对各噪声的分布特点及规律,分别推导出各自的均方根误差,综合各项误差得到CCD噪声的星点定位精度模型。计算结果表明TH7890M CCD的主要噪声有读出噪声、光子散粒噪声和光响应不均匀性引起的随机噪声;影响星敏感器星点定位精度的主要噪声是读出噪声和光子散粒噪声;对6等星进行星点位置的估计,CCD噪声达到了1/40像素的精度水平。     

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.     

CCD类成像器件的噪声研究

CCD图像传感器的输出信号是空间采样的离散模拟信号,其中夹杂着各种噪声和干扰。对CCD信号进行处理的目的就是在不损失图像细节的前提下,尽可能地消除噪声和干扰,以提高信噪比,获取高质量的图像。为此,必须对CCD的噪声种类和特性有所了解,并针对各种噪声进行相应的去噪处理。所以对CCD成像器件噪声部分的研究,有利于提高CCD成像器件的分辨率,也能提高探测微弱光的能力。     

带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比分析

卫星激光通信链路是一项实现卫星大规模星座组网的关键技术。相干激光链路灵敏度高、抗背景干扰、速率升级空间大,在星间激光链路中应用广泛。文章建立了带有前置掺铒光纤放大器(EDFA)的卫星相干激光通信终端的信噪比分析模型,仿真分析了EDFA功率增益、EDFA噪声系数、本振光功率、信号光功率、光放后端光带宽、基带前端电带宽对终端输出信噪比的影响以及各种输出噪声功率占比的情况,得到了带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比参数特性。     

低噪声671 nm红光激光器

介绍了一种在腔内插入全波片实现671 nm激光低噪声稳定运转的方法。该方法利用全波片和Nd∶YVO4激光器的偏振特性构成双折射滤光片,使用I类临界相位匹配LBO作为倍频晶体,在注入泵浦功率2.7 W的情况下获得149 mW的671 nm低噪声红光输出,光-光转换率为5.6%。使用该方法研制的激光器结构简单、紧凑,适用于中低功率激光器。     

Noise of strongly-multimode laser diodes used in interferometricsystems

A unified model of the phase and partition noise of a multimode semiconductor injection laser is presented in the context of the assumption that all modes radiate the same average optical power. Noise is shown to be associated with two processes: phase fluctuations common to all modes, arising from carrier fluctuations, and partition and phase fluctuations describable in terms of a random walk of the optical field state on the surface of an abstract sphere. Both processes are driven by spontaneous emission. The model is solved analytically; results for the intensity noise level to be expected at the output of an unbalanced interferometer illuminated by a multimode diode laser are derived. These predictions are confirmed experimentally using a laser with nine modes at full width half maximum     

提高激光三角法测量精度的新方法

激光三角法是一种几何测量的重要方法,目前已广泛用于测量位移和三维面形,但这测量系统的测量精度不高,一个主要的问题就是光源光强不稳定;本文提出用光学双稳装置来稳定激光光泊的光强,并用于测量金属板材,实验结果：将光学双稳装置用于激光三角法使系统的测量精度大大提高。     

基于FBG选频的低噪声窄线宽单频光纤激光器

采用未泵浦掺铒光纤作为饱和吸收体压缩线宽,窄带高反光纤光栅作为波长选择器件,通过偏振控制器和偏振相关隔离器控制环形腔中行波的偏振态,利用反馈电路控制980 nm泵浦源的输入电流,以减小铒离子的弛豫振荡对光强波动带来的影响。研制的光纤激光器线宽小于8 kHz,相对强度噪声（RIN）10 kHz内小于-100dB/Hz,1 kHz处1 m程差干涉仪的相位噪声小于-120 dB/（Hz）^1/2,长时间监测无跳模现象,输出激光功率稳定。     

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。     

外部光反馈半导体激光器的结构优化研究

通过构建外部光反馈半导体激光器的理论模型,并结合激光器速率方程和噪声理论,讨论并优化了增益芯片和光纤光栅外腔各参数在不同电流下对器件频率噪声和相对强度噪声的影响.模拟结果表明:通过改变电流并对有源区尺寸、光纤光栅结构和耦合效率等参数的调整,在理论上可以将器件的频率噪声降低5×108 Hz左右,相对强度噪声降低8 dB/Hz左右.该研究将为低噪声、窄线宽外部光反馈激光器的实验研究提供理论指导,同时也对其他结构的外腔激光器噪声特性的研究有着借鉴意义.     

光源噪声对光纤光栅解调精度的影响

采用耦合模型理论对光纤光栅的传输特性进行了分析,运用矩阵法对均匀光纤光栅反射谱进行了数值模拟。分析了光学检测中的噪声来源,并对实验室条件下使用激光器时噪声的大小进行了估算和验证。通过对光源施加不同功率大小的噪声,并根据光纤光栅的反射谱来研究光源噪声对峰值检测的影响。实验表明,激光器的功率噪声对光纤光栅解调精度有很大影响,波长检测精度越高,噪声影响越大,在解调精度达到皮米级时,激光器的噪声应接近量子噪声的极限水平。为光纤光栅技术在高精度装备检测中的应用和研究提供理论基础。