瞬态成像模式下高帧频CMOS图像传感器性能研究

高帧频CMOS图像传感器具有集成度高、帧频高、功耗低、抗干扰抗辐照能力强等特性,在科学实验中应用广泛。为提高外同步触发瞬态成像模式下的成像性能,首先介绍了基于高帧频CIS(5T像素,超大快门)的瞬态成像系统构成及其工作模式;从像素结构出发,对该款CIS在不同工作模式下的成像性能进行了理论分析;搭建了基于EMVA1288的标准化测试平台,对瞬态工作模式下的多项关键性能指标进行了测试,并与稳态工作模式下的性能进行了对比。分析结果表明:与稳态工作模式相比,瞬态成像模式下图像传感器具有更大的暗本底和固定模式噪声,但传感器的时序噪声、光响应非均匀性优于稳态工作模式,具有更高的信噪比和动态范围,与理论分析基本吻合。测试分析结果可用于指导科学成像系统设计与性能优化。     

CMOS有源像素图像传感器的辐照损伤效应

互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素(APS)图像传感器作为光电成像系统的核心器件,被广泛应用在空间辐射或核辐射环境中,辐照损伤是导致其性能退化,甚至功能失效的主要原因之一。阐述了不同辐射粒子或射线辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器产生位移效应、总剂量效应和单粒子效应的损伤物理机制。综述和分析了辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器暗信号增大、量子效率减小、饱和输出电压减小、噪声增大以及暗信号尖峰和随机电码信号(RTS)产生的实验规律和损伤机理。归纳并提出了CMOS APS图像传感器辐照损伤效应研究亟待解决的问题。     

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。     

CMOS图像传感器辐射敏感参数测试电路设计及试验验证

以航天领域广泛应用的CMV4000型CMOS图像传感器(CIS)为研究对象,通过开展CIS辐射敏感参数测试电路设计,将CIS辐照电路板与测试电路板中FPGA数据采集及传输板分离,辐照电路板与测试电路板通过接插口通信,从而实现开展辐照试验时对FPGA数据采集部分进行辐射屏蔽防护,避免FPGA数据采集板受到辐射影响。开展了CIS测试电路中的电源模块、数据采集、存储模块、外围电路等设计及PCB版图的布局布线设计。采用Verilog HDL硬件描述语言对各个功能模块进行驱动时序设计,实现CIS辐射敏感参数测试功能。通过开展CMV4000型CIS ⁶⁰Co γ射线辐照试验,分析了平均暗信号、暗信号非均匀性、暗信号分布等辐射敏感参数随总剂量增大的退化规律,验证了CIS辐射敏感参数测试系统的可靠性。     

高压换流器辐射效应在线测试系统设计及应用

针对高压换流器类器件的电特性参数,设计了一种适合辐射效应在线测试的自动测试系统,适用于剂量率、总剂量与中子注量辐照试验中的参数测试。本文简述了系统测试功能和软硬件组成,并利用高压换流器SWM012RH完成了辐照试验测试验证。测试结果表明,检测系统能够完成主要参数的测试,高压测试精确度满足1%的要求,为开展高压换流器相关类型器件的辐照试验验证和抗辐射性能评估能力奠定了基础。     

基于任意场景的CCD相机电子学增益测试方法研究

在分析CCD相机噪声特性的基础上,设计了一种用于CCD相机电子学增益测试的新方法。该方法采用任意场景作为测试背景,通过改进算法推导了图像信号SDN和图像噪声σDN之间的线性关系,从而解算出相机的电子学增益。与传统方法采用积分球或EMVA1288标准要求的均匀光源相比,该方法具有操作简便、经济性高的特点。与原有算法进行对比实验,结果表明,该方法能够较精确地对CCD相机电子学增益进行测试,测试重复性高,且有效可靠。     

CMOS图像传感器

MLX75307 CMOS图像传感器是为汽车前向视觉应用所设计,对于潜在危险会给驱动器提供预警。器件具有高动态范围像素矩阵,能够扩展输入和输出动态范围,表现出超越分段线性响应。此外,器件具有低亮度响应提升,在低亮度环境下增加了图像亮度和对比度。对于目前每个EMVA1288标准,12位传感器能够以150fps帧速率检测低于每像素500光子的NIR发光亮度。     

远程红外高温测试系统的设计

为了能实时测量高温场的温度分布及图像,提出了基于红外探测技术、光电转换技术的高温测试系统的总体设计方法,完成了硬件的选型与设计及系统处理与控制软件的开发.系统采集到的高温温度场的图像数据经过串行网络信号转换器、光端机的转换,实现了温度场数据的远程传输及处理;图像数据处理计算机控制指令通过光端机对图像采集单元的参数及运行进行控制.本测试系统最后被成功应用于某型试验,远程取得了温度场的瞬时温度分布.实验结果验证了红外高温测试系统的有效性与实用性.     

光电耦合器的辐照损伤机理研究现状及趋势

随着光电耦合器件在空间环境和核辐射领域的广泛应用,近年来对光电耦合器件的抗辐照性能的研究越来越多.文章主要介绍了辐照对光电耦合器的损伤机理,重点介绍了光电耦合器的辐照效应,特别是电参数辐照效应;针对光电耦合器目前研究的情况,分析了其研究趋势,并提出了一种新的光电耦合器辐照研究方法--低频噪声可靠性表征方法.     

应用于微小卫星的CMOS图像传感器芯片设计

针对小卫星以至微纳卫星领域的应用需求,文章对具有抗辐照能力的CMOS图像传感器的芯片架构和关键技术进行了研究,着重对行列选电路、低噪声信号读出、可编程增益放大器和片上ADC等电路设计技术进行了分析和仿真验证.基于0.35 μm CMOS抗辐照技术和工艺开展了芯片的关键电路仿真、设计和整体版图设计验证.流片后的测试结果表明,该CMOS图像传感器具有高动态、低噪声和抗辐照特点,其噪声电子为42 e-,动态范围为69 dB,当辐射总剂量大于100 krad(Si)时,器件噪声指标符合预期.     

高动态科学级CMOS相机设计与成像分析

为了满足高动态范围高灵敏度的全局曝光模式下成像系统的需求,基于CIS-2521科学级CMOS图像传感器设计了一个相机系统,通过分析CIS-2521芯片像素读出结构特点,通过芯片内部模拟相关双采样与FPGA片内数字域相关双采样完成相关四采样算法,列向噪声去除效果明显。通过设计曲线拟合双增益通道图像数据合成输出,保证了系统成像有较高输出动态范围。相机常温下输出图像峰值信噪比达62.9dB,采用半导体制冷后输出图像峰值信噪比74.3dB。根据EMVA1288标准实测相机动态范围达到78.2dB,设计的相机系统实现了每秒50帧2 560×2 160像素,16bit深度高清晰度高动态范围图像的实时全局曝光成像输出,能够满足低照度条件下的高帧频高动态范围成像的需求。     

大面阵CCD相机在靶场测量经纬仪中的应用设计

在光电经纬仪改造过程中,提出了一种以大面阵PanteraTF1M60相机作为光电经纬仪数据录取器件,以工控机为数据存储处理平台的数字化数据采集记录系统。通过对相机应用的研究和图像数据存储模式的设计,本系统工作在外触发同步模式下,采用图像数据的双缓冲区模式及优化的虚拟一起界面设计。结果表明本系统实现了数据图像高速无压缩存储,系统具有外触发同步精度高、存储数据准确、图像实时监视,满足光电经纬仪技术指标要求。     

光电成像系统的绝对光谱响应效率测量及分析

为了准确测量光电成像系统的绝对光谱响应效率,采用光学系统光能量传递公式以及图像传感器的物理模型,得到了光电成像系统绝对光谱响应效率的计算公式,在此基础上设计了基于积分球、多光谱发光二极管光源、标准探测器及透射式平行光管的光电成像系统绝对光谱响应效率测量装置,并对光谱响应效率已知的可见光数字相机进行实验测量和分析。结果表明,在380nm~1100nm波长范围内测量装置测得的可见光数字相机的绝对光谱响应效率与标准值具有较好的一致性,最大相对误差为1.7%,各波长点的测量不确定度在置信概率为95%时均小于0.2%,满足一般的测量要求。该装置能够准确地对光电成像系统的绝对光谱效应效率进行测量。     

对集群光电成像传感器的多源协同相干激光干扰机理研究

目前激光干扰基本是一对一干扰模式,随着光电侦察传感器的大量使用,激光干扰急需面向集群目标的多对多干扰手段。立足于解决对集群化光电成像侦察的有效压制干扰问题,文中提出对集群光电成像传感器的多源协同相干激光干扰方法,以视场外散斑相干合成干扰作为多对多干扰实现的基本思路,探讨其相干干扰机理,建模分析双光束相干激光干扰光电传感器作用效果并提出对集群目标的协同干扰模型。仿真结果表明,激光入射角度是激光协同相干干扰的重要影响参数,能够作为干扰站协同部署的依据。同时,基于PSNR与MSE的图像质量评价结果表明,相干叠加干扰与单光束干扰以及非相干叠加干扰相比具有明显优势。     

红外光电成像系统MTF测试技术分析

本文对红外光电成像系统MTF测试技术进行了分析,阐述了MTF测试技术的概念和MTF倾斜目标靶测试原理,并对MTF测试受狭缝的影响进行了说明,还将红外光电成像系统MTF测试斜缝法与斜刀口进行了对比,最后总结了红外光电成像系统MTF测试技术的要点,旨在提高MTF测试技术促进红外光电系统成像的质量.     

天基光电成像遥感设备面临的威胁及其对抗技术

近年来的几次高技术局部战争中,天基光电成像系统发挥了巨大的作用。然而,天基光电成像遥感设备在军事中的重要性和固有的脆弱性,使其安全与防护问题日益突出。阐述了天基光电成像遥感设备存在的脆弱性和空间军事化所带来的多种恶意威胁,如不同平台的反卫星激光武器、动能拦截弹、高功率微波武器等。针对上述威胁,分析了天基光电成像遥感设备相应的各种对抗、防护技术和手段．包括天基自卫告警、多频谱假目标、多波段隐身伪装和烟幕干扰、光电传感器的加固技术、加强光电成像平台机动能力、携带综合自卫武器等．其中针对天基光电成像传感器着重讨论了最新的抗激光攻击加固技术．如液晶薄膜防护技术等。最后提出了开展相关新概念、低成本防护技术的建议。     

基于PIN型光电转换电路的噪声研究

在微弱光信号探测系统中,由光电传感器输出的原始微弱电信号,首先进入的是光电转换电路,因此光电转换电路的信噪比将影响整个测试系统测量结果的准确性,这就非常有必要对电路的噪声进行研究。本文比较详细地分析了以PIN型光电二极管作为光电传感器的光电转换电路的各种噪声,并以此提出了一些有效减小光电转换电路噪声影响的方法。这些方法...     

Multi-sensor fusion method for roadheader pose detection

Pose detection of roadheader has become an important topic in the field of mine automation. This paper presents a method of multi sensor data fusion for the detection of roadheader fuselage pose. The pose detection system consists of a cross laser transmitter, several photoelectric sensors and an inclination sensor. The laser transmitter is used to create reference coordinate frame. The photoelectric sensors and inclination sensor are used to acquire data for the calculation of roadheader pose. The spatial algorithm for the pose parameters of roadheader is derived by fusing the measurement data of photoelectric sensors and inclination sensor. A test platform is built to verify the performance of the pose estimation system. The experimental results show that by using multi-sensor data fusion method, the pose estimation system has higher measurement accuracy and can meet the requirements of engineering application.     

Modeling of an Electromechanical Engine Valve Actuator Based on a Hybrid Analytical--FEM Approach

The use of an electromechanical valve actuator (EMVA) formed by two magnets and two balanced springs is a promising tool to implement innovative engine management strategies. This actuator needs to be properly controlled to reduce impact velocities during engine valve operations, but the use of a position sensor for each valve is not possible for cost reasons. It is therefore essential to find sensorless solutions based on increasingly predictive models of such a mechatronic actuator. To address this task, in this paper, we present an in-depth lumped parameter model of an EMVA based on a hybrid analytical--finite-element method (FEM) approach. The idea is to develop a model of EMVA embedding the well-known predictive behavior of FEM models. All FEM data are then fitted to a smooth curve that renders unknown magnetic quantities in analytical form. In this regard, we select a single-wise function that is able to describe global magnetic quantities as the flux linkage and force both for linear and saturation working regions of the materials. The model intrinsically describes all mutual effects between two magnets. The goodness of the dynamic behavior of the model is finally tested on a series of transient FEM simulations of the actuator in different working conditions.